BR112018012004B1

BR112018012004B1 - Sistema de células de combustível e método de controle do mesmo

Info

Publication number: BR112018012004B1
Application number: BR112018012004-9A
Authority: BR
Inventors: Yuichi Sato
Original assignee: Nissan Motor Co., Ltd.
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2021-07-20
Also published as: BR112018012004A2; WO2017104210A1; CN108370047B; EP3392951A1; CA3008768C; JPWO2017104210A1; US20190372136A1; CN108370047A; CA3008768A1; EP3392951A4; JP6555361B2; US10756359B2; EP3392951B1

Abstract

sistema de células de combustível e método de controle do mesmo. um sistema de células de combustível compreende uma célula de combustível de óxido sólido que gera uma energia recebendo um suprimento de um gás de anodo e um gás de catodo. o sistema compreende uma unidade de suprimento de gás de catodo para suprir o gás de catodo à célula de combustível por meio de uma rota de suprimento de gás de catodo; um primeiro queimador disposto na rota de suprimento de gás de catodo, um segundo queimador para queimar um gás efluente de anodo e um gás efluente de catodo, que são descarregados da célula de combustível; um primeiro percurso de ramificação que é ramificado a partir de uma montante do primeiro queimador e se une a uma jusante do primeiro queimador na rota de suprimento de gás de catodo; e um segundo percurso de ramificação que é ramificado a uma jusante do primeiro queimador na rota de suprimento de gás de catodo e se une a uma rota de descarga de gás efluente de catodo através da qual o gás efluente de catodo é descarregado da célula de combustível para o segundo queimador.

Description

CAMPO TÉCNICO

[001] A presente invenção se refere a um sistema de células de combustível e um seu método de controle.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

[002] É conhecida uma célula de combustível de óxido sólido (SOFC) que atua a uma temperatura comparativamente elevada, em que um gás de anodo é suprido para um lado e um gás de catodo (ar, etc.) é suprido para o outro lado. O sistema de células de combustível que usa uma célula de combustível como esta precisa de um tempo antes de ser completamente parado porque esta célula de combustível deve ser resfriada (JP 2007-066876A). Por exemplo, entre os sistemas de células de combustível estacionária, há alguns que exigem um a vários dias antes de serem completamente parados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[003] O eletrodo de anodo de SOFC é propenso a ser oxidado em alta temperatura. Por outro lado, o eletrodo de catodo tem o risco de ser deteriorado pela reação com um gás de anodo. Portanto, mesmo no processo de parada, um gás de anodo é suprido ao eletrodo de anodo e um gás de catodo é suprido ao eletrodo de catodo.

[004] Além disso, existe o risco de descarregar o gás de anodo como um gás não queimado que não é completamente reagido na SOFC durante o processo de parada do sistema de células de combustível. Ao tratar o gás não queimado com o processo de oxidação catalítica, ao usar um queimador de gases de exaustão, a descarga do gás não queimado para a atmosfera pode ser suprimida. O catalisador usado no processo de oxidação catalítica tem uma temperatura de ação comparativamente alta.

[005] No entanto, devido à temperatura de toda a SOFC cair durante o processo de parada, o catalisador no queimador de gases de exaustão não está em uma temperatura de ação adequada do mesmo. Portanto, todo o gás não queimado não pode ser cataliticamente oxidado; e assim, existe um problema de risco de descarregar parte do gás não queimado para fora do sistema de células de combustível.

[006] Um objetivo da presente invenção é o de suprimir a descarga do gás não queimado para a atmosfera durante o processo de parada de um sistema de células de combustível.

[007] De acordo com uma modalidade, um sistema de células de combustível compreende uma célula de combustível de óxido sólido que gera uma energia ao receber um suprimento de um gás de anodo e de um gás de catodo. O sistema compreende uma unidade de suprimento de gás de catodo para suprir o gás de catodo para a célula de combustível por meio de uma rota de suprimento de gás de catodo; um primeiro queimador disposto na rota de suprimento de gás de catodo, um segundo queimador para queimar um gás efluente de anodo e um gás efluente de catodo, que são descarregados da célula de combustível; um primeiro percurso de ramificação que é ramificado a partir de uma montante do primeiro queimador e se une a uma jusante do primeiro queimador na rota de suprimento de gás de catodo; e um segundo percurso de ramificação que é ramificado de uma jusante do primeiro queimador na rota de suprimento de gás de catodo e se une a uma rota de descarga de gás efluente de catodo através da qual o gás efluente de catodo é descarregado da célula de combustível para o segundo queimador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] A Fig. 1 é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível de acordo com a primeira modalidade da presente invenção.

[009] A Fig. 2 é um fluxograma que ilustra o processo de controle de parada do sistema de células de combustível.

[010] A Fig. 3A é um fluxograma que ilustra o processo de parada de suprimento de combustível.

[011] A Fig. 3B é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível durante o processo de parada de suprimento de combustível.

[012] A Fig. 4A é um fluxograma que ilustra o processo de alteração de rota de descarga do gás efluente de anodo.

[013] A Fig. 4B é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível durante o processo de alteração de rota de descarga do gás efluente de anodo.

[014] A Fig. 5A é um fluxograma que ilustra o processo de parada do suprimento de gás de anodo.

[015] A Fig. 5B é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível durante o processo de parada de suprimento de gás de anodo.

[016] A Fig. 6A é um fluxograma que ilustra o processo de terminação.

[017] A Fig. 6B é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível durante o processo de terminação.

[018] A Fig. 7 é um fluxograma que ilustra outro processo de controle de parada do sistema de células de combustível.

[019] A Fig. 8A é um fluxograma que ilustra o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo.

[020] A Fig. 8B é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível durante o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo.

[021] A Fig. 9 é um diagrama esquemático do sistema de células de combustível de acordo com a segunda modalidade.

[022] A Fig. 10 é um fluxograma que ilustra o controle de parada do sistema de células de combustível.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[023] Abaixo, as modalidades da presente invenção serão explicadas com referência aos desenhos anexos. (Primeira Modalidade)

[024] A Fig. 1 é o diagrama esquemático aproximado do sistema de células de combustível de óxido sólido (SOFC) na primeira modalidade. Entretanto, o sistema SOFC ilustrado na Fig. 1 está sob uma operação normal.

[025] Uma pilha de células de combustível 1, SOFC, é uma pilha de células configuradas de tal forma que uma camada de eletrólito formada por um óxido sólido, como uma cerâmica, é imprensada entre um eletrodo de anodo (eletrodo de combustível) no qual um gás de anodo (gás combustível) é suprido e um eletrodo de catodo (eletrodo de ar) no qual um ar, incluindo oxigênio, é suprido como um gás de catodo (gás oxidante). Na pilha de células de combustível 1, um combustível como hidrogênio incluído no gás de anodo é levado a reagir com oxigênio no gás de catodo de modo a gerar uma energia, e então, o gás de anodo após a reação (gás efluente de anodo) e o gás de catodo após a reação (gás efluente de catodo) é descarregado.

[026] O sistema de células de combustível de óxido sólido tendo a pilha de células de combustível 1 (daqui em diante, este sistema é referido como um sistema de células de combustível 100) é fornecido com um sistema de suprimento de combustível para suprir o gás de anodo (combustível) à pilha de células de combustível 1, um sistema de suprimento de ar para suprir o gás de catodo (ar) para a pilha de células de combustível 1, e um sistema de exaustão para descarregar um gás efluente de anodo e um gás efluente de catodo descarregado da pilha de células de combustível 1 para fora do sistema de células de combustível 100. Além disso, além destes sistemas, um sistema de acionamento que é diretamente conectado à pilha de células de combustível 1 é disposto.

[027] O sistema de suprimento de combustível compreende um evaporador 2, um aquecedor de matéria-prima 3, um reformador 4, etc.. O sistema de suprimento de ar compreende um compressor 5, um trocador de calor por ar 6, um queimador de partida 7, etc.. O sistema de exaustão compreende um queimador de gases de exaustão 8, etc. O sistema de acionamento compreende um conversor de DC-DC 9A, uma bateria 9B, um motor de acionamento 9C, etc. Além disso, o sistema de células de combustível 100 compreende uma unidade de controle 10 para controlar a ação de todo o sistema.

[028] A unidade de controle 10 controla todo o sistema de células de combustível 100 controlando cada componente do sistema de células de combustível 100 bem como as válvulas de cada sistema, etc.. Entretanto, a unidade de controle 10 é fornecida com um microcomputador que compreende uma unidade de processamento central (CPU), uma memória somente de leitura (ROM), uma memória de acesso aleatório (RAM) e uma interface de entrada/saída (I/O).

[029] A seguir, cada sistema será explicado em detalhes. Primeiro, detalhes do sistema de suprimento de combustível serão explicados.

[030] No sistema de suprimento de combustível, um combustível líquido armazenado em um tanque de combustível não mostrado na figura é suprido à pilha de células de combustível através de um evaporador 2, o aquecedor de matéria- prima 3, e o reformador 4. No que diz respeito ao combustível, um etanol contendo água, isto é, uma mistura de etanol com água é usada, entre outras.

[031] A rota do combustível no sistema de suprimento de combustível compreende um percurso 101 do tanque de combustível para o evaporador 2, um percurso 102 do evaporador 2 para o aquecedor de matéria-prima 3, um percurso 103 do aquecedor de matéria-prima 3 para o reformador 4 e um percurso 104 do reformador 4 para a pilha de células de combustível 1. Além disso, um percurso de ramificação 105 está disposta a qual se ramifica na metade do percurso 103 de modo a se unir a um percurso 121 e a um percurso 122 através do qual o gás efluente de anodo é descarregado da pilha de células de combustível 1.

[032] O percurso 121 e o percurso 122 estão conectados através de uma válvula 11, e o percurso de ramificação 105 se une a eles na válvula 11. A alteração entre desativação e condução do percurso de ramificação 105 é executada ao abrir e fechar a válvula 11. Durante o funcionamento normal, o percurso de ramificação 105 é desativado pela válvula 11, através do qual o percurso 121 e o percurso 122 estão no estado de serem conduzidos. Entretanto, o percurso 102 é fornecido com um sensor de temperatura T1, e o percurso 104 é fornecido com um sensor de temperatura T2 e um sensor de pressão P1.

[033] O evaporador 2 evapora o combustível usando o calor do gás de exaustão que é descarregado do queimador de gases de exaustão 8. O aquecedor de matéria-prima 3 aquece o gás combustível vaporizado até a temperatura na qual o gás combustível evaporado pode ser reformado no reformador 4 usando o calor dos gases de exaustão do queimador de gases de exaustão 8. Especificamente, o combustível líquido cuja temperatura no percurso 101 era cerca de 30°C se torna o gás combustível, cuja temperatura é de cerca de 400°C no percurso 102. No percurso 103, o gás combustível é adicionalmente aquecido até a temperatura de cerca de 660°C. Em seguida, o gás combustível é reformado para o gás de anodo pelo reformador 4.

[034] O reformador 4 reforma o combustível para o gás de anodo por meio de uma reação catalítica, e esse gás de anodo é suprido ao eletrodo de anodo da pilha de células de combustível 1. Por exemplo, o combustível, isto é, o etanol contendo água, é reformado até o gás de anodo, incluindo metano, hidrogênio, monóxido de carbono, etc.. Uma vez que a absorção de calor ocorre pela reação catalítica no reformador 4, a temperatura do gás de anodo no percurso 104 se torna cerca de 520°C.

[035] Em seguida, detalhes do sistema de suprimento de ar serão explicados.

[036] No sistema de suprimento de ar, o gás de catodo que é levado para o sistema a partir do exterior é suprido para a pilha de combustível 1 através do compressor 5, do trocador de calor por ar 6 e do queimador 7. No entanto, o compressor 5 é um exemplo de unidades de suprimento de gás de catodo; e assim, um soprador ou similar pode ser usado no lugar deste.

[037] A rota de ar no sistema de suprimento de ar compreende um percurso 111 do compressor 5 para o trocador de calor por ar 6, um percurso 112 do trocador de calor por ar 6 para o queimador de partida 7, e um percurso 113 e um percurso 114 do queimador de partida 7 para a pilha de células de combustível 1. O percurso 113 e o percurso 114 estão conectados através de uma válvula 13. Além disso, um percurso de ramificação 115 está disposto que é ramificado para fora da válvula 13, de modo a se unir a um percurso 124 através do qual o gás efluente de catodo é descarregado da pilha de células de combustível 1. Ao operar a válvula 13, o destino de suprimento do gás de catodo do queimador de partida 7 é alternado para a pilha de células de combustível 1 por meio do percurso 114 ou para o queimador de gases de exaustão 8 através do percurso de ramificação 115. Durante o funcionamento normal, pela válvula 13, o percurso 113 e o percurso 114 são conduzidos enquanto o percurso de ramificação 115 é desativado.

[038] Além disso, o percurso 111 é fornecido com uma válvula 12; e, durante o funcionamento do sistema de células de combustível 100, o gás do cátodo é tomado no sistema de células de combustível 100, abrindo a válvula 12. Além disso, um percurso de ramificação 116 é disposto o qual é ramificado para fora na metade do percurso 112 e se une ao percurso 114. O percurso de ramificação 116 é suprido com uma válvula 15. Ao abrir e fechar a válvula 15, a desativação e a condução do percurso de ramificação 116 são alternadas. A válvula 15 é fechada durante o funcionamento normal, de modo que o percurso de ramificação 116 é desativado. Entretanto, o percurso 113 é fornecido com um sensor de temperatura T3 e um sensor de pressão P2.

[039] O trocador de calor por ar 6 aquece o gás de catodo usando o calor do gás de exaustão do queimador de gases de exaustão 8. O queimador de partida 7 está configurado de modo a poder queimar misturando o combustível e o ar suprido a partir do exterior. O queimador de partida 7 é iniciado no arranque ou semelhante do sistema de células de combustível 100 de modo a suprir o gás de catodo aquecido à pilha de células de combustível 1. Além disso, a rota de suprimento de ar a partir do exterior para o queimador de partida 7 é fornecida com uma válvula 14. Usando a válvula 14, uma quantidade de queima do queimador de partida 7 pode ser controlada. No entanto, a temperatura do gás do cátodo é de cerca de 60°C no percurso 111, cerca de 300°C no percurso 112, e cerca de 700°C no percurso 113.

[040] Em seguida, detalhes do sistema de exaustão serão explicados.

[041] A partir da pilha de células de combustível 1, o gás efluente de anodo é descarregado através do percurso 121 e do percurso 122, e o gás efluente de catodo é descarregado através de um percurso 123 e do percurso 124. O gás efluente de anodo e o gás efluente de cátodo são queimados no queimador de exaustão 8 de modo a se tornar um gás de exaustão. O gás de exaustão é descarregado para fora através do aquecedor de matéria-prima 3, do evaporador 2 e do trocador de calor por ar 6.

[042] A rota no sistema de exaustão compreende o percurso 121 e o percurso 122 para o gás efluente de anodo, o percurso 123 e o percurso 124 para o gás efluente de catodo, os dois gases efluentes sendo descarregados da pilha de células de combustível 1, um percurso 125 do queimador de gases de exaustão 8 para o aquecedor de matéria-prima 3, um percurso 126 do aquecedor de matéria- prima 3 para o evaporador 2, um percurso 127 do evaporador 2 para o trocador de calor por ar 6, e um percurso 128 do trocador de calor por ar 6 para fora.

[043] O gás efluente de anodo do percurso 121 e do percurso 122, bem como o gás efluente de catodo do percurso 123 e do percurso 124, a temperatura destes gases tendo sido cerca de 750°C, é queimado no queimador gases de exaustão 8 de modo a ser descarregado para o percurso 125 como o gás de exaustão com a temperatura de cerca de 760°C. A temperatura deste gás de exaustão se torna cerca de 720°C no percurso 126, cerca de 550°C no percurso 127, e cerca de 410°C no percurso 128.

[044] Uma válvula 16 está disposta entre o percurso 123 e o percurso 124, e um percurso de gás de exaustão 129 capaz de descarregar o gás efluente de catodo para fora é ramificado para fora a partir da válvula 16. Ao controlar a válvula 16, o destino de descarga do gás efluente de catodo a partir da pilha de células de combustível 1 é alternado quer para o queimador de gases de exaustão 8 pelo percurso 124 ou para fora do sistema de células de combustível 100 através do percurso de gás de exaustão 129. Durante a operação normal, a válvula 16 é fechada de modo que o percurso de gás de exaustão 129 é desativado.

[045] O percurso 128 é fornecido com uma válvula 17; e quando o sistema de células de combustível 100 é parado, uma válvula 18 é fechada de modo a impedir um fluxo inverso de um ar para a pilha de células de combustível 1 através do percurso 128.

[046] O queimador de gases de exaustão 8 é fornecido com um catalisador formado por um material cerâmico tal como uma alumina, em que o gás efluente de anodo e o gás efluente de catodo são misturados de modo a serem oxidados para formar o gás de exaustão compreendendo principalmente dióxido de carbono e água. Nesta reação de oxidação catalítica, existe uma faixa de temperatura na qual a reação prossegue adequadamente. As temperaturas do gás efluente de anodo e do gás efluente de catodo a partir da pilha de células de combustível 1 são elevadas durante a operação normal, de modo que a reação de oxidação catalítica procede adequadamente no queimador de gases de exaustão 8.

[047] Uma vez que a reação de oxidação catalítica é uma reação exotérmica, a temperatura do gás de exaustão do queimador de gases de exaustão 8 é maior do que as temperaturas do gás efluente de anodo e do gás efluente do cátodo. O queimador de gases de exaustão 8 é configurado de tal modo que o combustível e o ar, ambos sendo supridos a partir do exterior, são misturados de modo a poderem ser queimados. O combustível e um ar são supridos ao queimador de gases de exaustão 8, de tal modo que a relação entre o gás efluente de anodo e o gás efluente de cátodo pode ser ótima na reação de combustão catalítica. A reação de combustão catalítica no queimador de gases de exaustão 8 é controlada pela válvula 18 que está disposta na rota de suprimento de um ar externo.

[048] Entretanto, o percurso 121 é fornecido com um sensor de temperatura T4, o percurso 123 com um sensor de temperatura T5 e o percurso 125 com um sensor de temperatura T6, respectivamente.

[049] Em seguida, o sistema de acionamento será explicado.

[050] O conversor de DC-DC 9A é conectado à pilha de células de combustível 1 de modo a aumentar uma tensão de saída da pilha de células de combustível 1, suprimido assim uma energia à bateria 9B ou ao motor de acionamento 9C. A bateria 9B é carregada com a energia que é fornecida a partir do conversor de DC-DC 9A, e também supre energia ao motor de acionamento 9C. O motor de acionamento 9C é conectado à bateria 9B e ao conversor de DC-DC 9A através de um inversor (não mostrado na figura), e serve como fonte de energia de um veículo.

[051] Em seguida, o processo de controle de parada do sistema de células de combustível 100 será explicado. No entanto, este processo de controle de parada começa quando um veículo montado com o sistema de células de combustível 100 é parado, ou quando um botão de parada do sistema de células de combustível 100 é pressionado, ou quando uma bateria secundária que armazena a energia gerada na pilha de células de combustível 1 está totalmente carregada. O processo de controle de parada continua até que o sistema de células de combustível 100 atinja um estado de resfriamento apenas naturalmente à medida que o sistema de células de combustível 100 é resfriado, de modo que o risco de oxidação do eletrodo de anodo da pilha de células de combustível 1 é diminuído. O controle de parada do sistema, que é o processo de controle de parada do sistema de células de combustível 100, é o controle que é executado durante a parada do sistema, em que “durante a parada do sistema” significa o período de um início do controle de parada do sistema até uma próxima partida do sistema.

[052] A Fig. 2 é um fluxograma que ilustra o processo de controle de parada. Estes controles são executados pela unidade de controle 10.

[053] Na etapa S21, o processo de parada de suprimento de combustível é executado. Os detalhes do processo de parada de suprimento de combustível serão explicados mais adiante usando a Fig. 3A e a Fig. 3B.

[054] Na Etapa S22, o julgamento é feito sobre se uma temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 é ou não igual a ou menor que uma temperatura de alteração de rota de descarga Tc1 (por exemplo, 500°C). Se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 for maior que a temperatura de alteração de rota de descarga Tc1 (S22: Não), o processo de S22 é continuado. Por outro lado, se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 é igual a ou menor que a temperatura de alteração de rota de descarga Tc1 (S22: Sim), o processo é avançado para a etapa S23. Entretanto, a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 pode ser obtida por um sensor de temperatura (não mostrado na figura) disposto na pilha de células de combustível 1 ou pode ser estimada a partir das temperaturas medidas pelos sensores de temperatura T4, T5, etc.

[055] Por isso, quando a temperatura da pilha de células de combustível 1 cai, suprindo assim o gás efluente de catodo com uma temperatura comparativamente baixa da pilha de células de combustível 1 para o queimador de gases de exaustão 8, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 cai levando, assim, ao estado no qual a reação de oxidação catalítica não pode prosseguir. A temperatura de alteração de rota descarregar Tc1 é a temperatura da pilha de células de combustível 1 em que um risco de levar ao estado como esse é causado.

[056] Na etapa S23, o processo de mudança de rota de descarga de gás efluente de catodo é executado. Os detalhes do processo de alteração de rota de descarga do gás efluente de catodo serão explicados mais adiante usando a Fig. 4A e a Fig. 4B.

[057] Na etapa S24, é feito julgamento de se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 é ou não igual ou menor que uma temperatura de parada Tc2 (por exemplo, 300°C). Se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 for maior que a temperatura de parada Tc2 (S24: Não), o processo de S24 é continuado. Por outro lado, se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 for igual ou menor que a temperatura de parada Tc2 (S24: Sim), o processo é avançado para a etapa S25. No entanto, a temperatura de parada Tc2 é a temperatura na qual o eletrodo de ânodo da pilha de células de combustível 1 não é oxidado até mesmo se entrar em contato com o oxigênio.

[058] Na etapa S25, o processo de parada do suprimento de gás de anodo é executado. Detalhes do processo de parada de suprimento de gás de anodo serão explicados mais adiante usando a Fig. 5A e a Fig. 5B.

[059] Na Etapa S26, é feito o julgamento de se uma temperatura T6 do sensor de temperatura T6 que mostra a temperatura de saída do queimador gases de exaustão 8 é ou não igual ou menor que uma temperatura de parada Tc3 (por exemplo, 730°C). Se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 for maior que a temperatura de parada Tc3 (S26: Não), o processo da etapa S26 é continuado. Por outro lado, se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 for igual ou menor que a temperatura de parada Tc3 (S26: Sim), o processo é avançado para a etapa S27.

[060] Na etapa S27, o processo de terminação é executado. Detalhes do processo de terminação serão explicados mais adiante usando a Fig. 6A e a Fig. 6B.

[061] Em seguida, usando a Fig. 3A até a Fig. 6B, detalhes do processo de parada de suprimento de combustível (S21), do processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo (S23), do processo de parada de suprimento de gás de anodo (S25) e do processo de terminação (S27), na Fig. 2, serão explicados.

[062] Primeiro, os detalhes do processo de parada de suprimento de combustível serão explicados usando a Fig. 3A e a Fig. 3B.

[063] Na Fig. 3A, os detalhes do processo de parada de suprimento de combustível são ilustrados; e a Fig. 3B ilustra o diagrama esquemático da pilha de células de combustível enquanto o processo de parada de suprimento de combustível é executado.

[064] Em primeiro lugar, no sistema de suprimento de combustível, o percurso 101 é desativado, de modo que o suprimento de combustível para o sistema de células de combustível 100 é parado (S211). E, ao operar a válvula 11, o percurso de ramificação 105 é conduzido (S212). Ao fazer isto, o combustível que permanece no evaporador 2, o percurso 102 e o aquecedor de matéria-prima 3 no sistema de suprimento de combustível são supridos ao queimador de gases de exaustão 8 através do percurso de ramificação 105. Em consequência, o suprimento do gás de anodo para a pilha de células de combustível 1 é parado; e assim, a geração de energia na pilha de células de combustível 1 diminui.

[065] No sistema de suprimento de ar, ao operar a válvula 15, o percurso de ramificação 116 é conduzido (S213). Além disso, ao operar a válvula 13, o percurso 114 é desativado e, ao mesmo tempo, o percurso de ramificação 115 é conduzido (S214). E, o queimador de partida 7 é iniciado (S215). Devido ao compressor 5 continuar a sua ação, o gás de catodo antes de ser suprido ao queimador de partida 7 é suprido à pilha de células de combustível 1 através do percurso de ramificação 116. Em consequência, a pilha de células de combustível 1 é gradualmente resfriada pelo gás de catodo que tem uma temperatura relativamente baixa (cerca de 310°C). Além disso, o gás de cátodo aquecido pelo aquecedor de partida 7 a cerca de 700°C é suprido ao aquecedor de gases de exaustão 8, através do percurso de ramificação 115. Devido a isto, a temperatura no queimador gases de exaustão 8 é adequada para a reação catalítica; e assim, a reação de combustão catalítica procede adequadamente.

[066] No sistema de acionamento, o processo de EAP é executado (S216). Especificamente, uma tensão inversamente polarizada é aplicada à pilha de células de combustível 1 da bateria 9B através do conversor de DC-DC 9A. Ao fazer isto, a oxidação do eletrodo de anodo da pilha de células de combustível 1 é suprimida.

[067] Em seguida, os detalhes do processo de alteração de rota de descarga de gás de efluente de catodo (S23) serão explicados usando a Fig. 4A e a Fig. 4B.

[068] Na Fig. 4A, os detalhes do processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo são ilustrados; e na Fig. 4B, o diagrama esquemático da pilha de células de combustível enquanto processo de alteração da rota de descarga de gás efluente de cátodo é executado é ilustrado.

[069] Em primeiro lugar, o processo de ramificação (S22), mostrado na Fig. 2, que é executado antes do processo de alteração da rota de descarga de gás efluente de catodo (S23) será explicado. À medida que a pilha de células de combustível 1 é resfriada, a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 se torna igual ou menor que a temperatura de alteração de rota de descarga Tc1 (cerca de 500°C) (S22: Yes). Sob este estado, a temperatura do gás efluente de catodo que é suprido ao aquecedor de gases de exaustão 8, a partir da pilha de células de combustível 1 através do percurso 123 e do percurso 124 é baixa; e assim, mesmo que o gás de catodo tendo uma temperatura elevada seja suprido pelo queimador de partida 7 através do percurso de ramificação 115, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 cai para a temperatura na qual a reação de oxidação catalítica não pode prosseguir. Por causa disso, o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo é executado (S23). Por outro lado, se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 for maior que a temperatura de alteração da rota de descarga Tc1 (S22: Não), a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 é adequada para a reação de oxidação catalítica prosseguir; e assim, o processo de S22 é continuado.

[070] Aqui, com referência à Fig. 4A e à Fig. 4B, no processo de alteração da rota de descarga de gás efluente de catodo (S23), a válvula 16 é operada de modo a desativar o percurso 124 e realizar o percurso de gás de exaustão 129 (S231). Ao fazer isto, o gás efluente de cátodo descarregado da pilha de células de combustível 1 através do percurso 123 é descarregado para fora através do percurso de gases de exaustão 129. Devido a isto, o gás efluente de catodo com uma temperatura baixa não é suprido ao queimador de gases de exaustão 8.

[071] Portanto, devido a apenas o gás de catodo tendo uma temperatura elevada ser suprido ao queimador de gases de exaustão 8 a partir do queimador de partida 7 através do percurso de ramificação 115, a queda da temperatura no queimador de gases de exaustão 8 é suprimida, de modo que a temperatura na qual a reação de oxidação catalítica pode prosseguir pode ser assegurada. Uma vez que a reação de oxidação catalítica é realizada adequadamente no queimador de gases de exaustão 8, o gás não queimado incluído no gás efluente de anodo é impedido de ser descarregado para a atmosfera. Em conformidade, com o resfriamento da pilha de células de combustível 1, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 pode ser mantida ao nível em que a reação de oxidação catalítica pode prosseguir.

[072] Em seguida, os detalhes do processo de parada de suprimento de gás de anodo (S25) serão explicados usando a Fig. 5A e a Fig. 5B.

[073] Na Fig. 5A, os detalhes do processo de parada de suprimento de gás de anodo são ilustrados; e na Fig. 5B, o diagrama esquemático da pilha de células de combustível enquanto o processo de parada de suprimento de gás de anodo é executado é ilustrado.

[074] Em primeiro lugar, o processo de ramificação (S24), como mostrado na Fig. 2, que é executado antes do processo de parada do suprimento de gás de anodo (S25), será explicado. À medida que a pilha de células de combustível 1 é ainda resfriada levando assim à queda da temperatura Tc na pilha de células de combustível 1 até que se torne igual ou menor que a temperatura de parada Tc2 (cerca de 300°C) (S24: Sim), considera-se que a oxidação não prossegue mesmo se o eletrodo de anodo da pilha de células de combustível 1 entrar em contato com o ar; e assim, o processo de parada de suprimento de gás de anodo (S25) é executado. Por outro lado, se a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 é mais elevada do que a temperatura de parada Tc2 (S24: Não), a oxidação ocorre quando o eletrodo de ânodo da pilha de células de combustível 1 contata o ar; e assim, considera-se que é necessário resfriar ainda mais a pilha de células de combustível 1, de modo que o processo de S24 seja continuado.

[075] Aqui, com referência à Fig. 5A e Fig. 5B, no processo de parada de suprimento de gás de anodo (S25), o percurso de ramificação 105 é desativado ao operar a válvula 11, de modo que o suprimento de combustível para o queimador de gases de exaustão 8 é parado (S251). E, o percurso da ramificação 116 é desativado ao operar a válvula 15, de modo que o suprimento do gás de catodo para a pilha de células de combustível 1 é parado (S252). E o processo de EAP é parado (S253). Ao fazer isto, o processo de resfriamento da pilha de células de combustível 1 é terminado e, a partir de então, a pilha de células de combustível 1 é resfriada naturalmente. Entretanto, o gás de catodo que tem uma alta temperatura passa através do compressor 5, trocador de calor por ar 6, e o queimador 7 é suprido ao queimador de gases de exaustão 8 através do percurso de ramificação 115. Devido a isto, a reação de oxidação catalítica pode prosseguir adequadamente no queimador de gases de exaustão 8.

[076] Em seguida, os detalhes do processo de parada (S27) serão explicados usando a Fig. 6A e a Fig. 6B.

[077] Na Fig. 6A, os detalhes do processo de parada são ilustrados; e na Fig. 6B, o diagrama esquemático da pilha de células de combustível 1 enquanto o processo de parada é executado é ilustrado.

[078] Primeiro, o processo de ramificação (S26), como mostrado na Fig. 2, que é executado antes do processo de parada (S27), será explicado. O gás de cátodo tendo uma temperatura de cerca de 700°C é suprido ao aquecedor de gases de exaustão 8, a partir do aquecedor de partida 7 através do percurso de ramificação 115. Enquanto o gás não queimado permanece no sistema de suprimento de combustível, a reação de combustão catalítica prossegue no queimador de gases de exaustão 8. Devido a isso, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 com o percurso 125 se torna cerca de 760°C. No entanto, quando o gás não queimado não é mais incluído no sistema de suprimento de combustível, a temperatura do gás de exaustão do queimador de gases de exaustão 8 para o percurso 125 cai porque a reação de combustão catalítica não ocorre no queimador de gases de exaustão 8.

[079] Então, se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 detectada pelo sensor de temperatura T6 no percurso 125 for igual ou menor que a temperatura de parada Tc3 (S26: Sim), considera-se que não há gás não queimado retido no sistema de suprimento de combustível, de modo que o processo de parada (S27) seja executado. Por outro lado, se a temperatura de saída T6 for igual ou maior que a temperatura de parada Tc3 (S26: Não), considera-se que ainda há gás não queimado no sistema de suprimento de combustível, de modo que o processo de S26 é continuado.

[080] Aqui, com referência à Fig. 6A e à Fig. 6B, no processo de parada (S27), o queimador de partida 7 é parado (S271), e ao mesmo tempo o compressor 5 é parado. E a válvula 12 é operada de modo a desativar o percurso 111 (S272). E, ao operar a válvula 17 de modo a desativar o percurso 128 (S273), o fluxo inverso de ar para o sistema de células de combustível 100 é evitado. Quando este estado é atingido, dentro do sistema de células de combustível 100 o estado se torna hermético. Sob este estado, o resfriamento natural da pilha de células de combustível 1 continua até que a sua temperatura se torne igual à temperatura do exterior.

[081] Na Fig. 7, um outro exemplo do processo de controle de parada é ilustrado.

[082] Com referência à Fig. 7, após o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo (S23) ser iniciado, o processo de mudança de rota de descarga de gás efluente de catodo é executado (S71). Quando a temperatura Tc da pilha de células de combustível 1 é maior que a temperatura de parada Tc2 (S24: Não), considera-se que o resfriamento da pilha de células de combustível 1 deve continuar voltando, assim, ao processo de S71.

[083] No processo de alteração da rota de descarga de gás efluente de catodo, a válvula 16 é operada de tal modo que a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 pode estar dentro de um intervalo adequado no qual a reação de oxidação catalítica pode prosseguir. Ao operar a válvula 16, o destino de descarga do gás efluente de catodo é alternado para o percurso 124 ou para o percurso de gás de exaustão 129. Devido a isso, o fluxo de gás efluente de catodo tendo uma temperatura relativamente baixa para o queimador de gases de exaustão 8 é controlado, de modo que o queimador de gases de exaustão 8 fica com uma temperatura adequada; e assim, a reação de combustão catalítica prossegue adequadamente.

[084] O processo de alteração da rota de descarga do gás efluente de catodo será explicado usando a Fig. 8A e a Fig. 8B.

[085] Na Fig. 8A, o fluxograma do processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo é ilustrado; e a Fig. 8B ilustra o diagrama esquemático da pilha de células de combustível 1 enquanto o processo de alteração da rota de descarga de gás efluente de catodo é executado.

[086] K1 designa um limite superior de temperatura da faixa de temperatura em que a reação de oxidação catalítica pode prosseguir no queimador de gases de exaustão 8 (limite superior de temperatura de queima), e K2 designa um limite inferior de temperatura do mesmo (limite inferior de temperatura de queima). Como ilustrado na Fig. 8B, neste processo de alteração, o destino de descarga do gás efluente de catodo da pilha de células de combustível 1 é alternado para o percurso 124 ou para o percurso de gás de exaustão 129.

[087] Na etapa S711, é feito o julgamento de se a temperatura de saída T6 do queimador gases de exaustão 8 é ou não igual ou menor que o limite inferior da temperatura de queima K2. Se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 for igual ou menor que o limite inferior da temperatura de combustão K2 (S711: Sim), considera-se que a queda da temperatura no queimador de gases de exaustão 8 deve ser suprimida, de modo que o processo é avançado para o S712. Por outro lado, se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 for maior que o limite de temperatura de combustão inferior K2 (S711: Não), o processo é avançado para S713.

[088] Na etapa S712, a válvula 16 é operada de modo a descarregar o gás efluente de catodo que é descarregado da pilha de células de combustível 1 não para o percurso 124 mas para fora do sistema de células de combustível 100 através do percurso de gás de exaustão 129. Fazendo isto, apenas o gás de catodo que tem uma temperatura elevada é suprido ao queimador de gases de exaustão 8 a partir do queimador de partida 7 através do percurso de ramificação 115, suprimindo, assim, a queda da temperatura no queimador de gases de exaustão 8; e assim, a temperatura no mesmo está dentro da faixa de temperatura em que a reação de oxidação catalítica pode prosseguir. Quando o processo de S712 termina, o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo (S71) é terminado.

[089] Na Etapa S713, é feito o julgamento de se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 é ou não igual ou maior que o limite superior de temperatura de queima K1. Se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 for igual ou maior que o limite superior de temperatura de queima K1, considera-se que o aumento da temperatura no queimador de gases de exaustão 8 tem de ser suprimido, de modo que o processo avance para S714. Por outro lado, se a temperatura de saída T6 do queimador de gases de exaustão 8 for maior que o limite inferior de temperatura de queima K2, considera-se que o queimador de gases de exaustão 8 está na faixa de temperatura adequada na qual a reação de oxidação catalítica pode prosseguir. de modo que o processo de alteração de rota de descarga do gás efluente de catodo (S71) é terminado.

[090] Na etapa S714, ao operar a válvula 16, o gás efluente de catodo a partir da pilha de células de combustível 1 para o percurso 123 é suprido para o queimador de gases de exaustão 8 por meio do percurso 124, não para o percurso de gás de exaustão 129. Fazendo isto, não só o gás de catodo tendo uma alta temperatura a partir do queimador de partida 7 através do percurso de ramificação 115, mas também o gás efluente de catodo tendo uma baixa temperatura a partir da pilha de células de combustível 1 através do percurso 123 e do percurso 124 é fornecido ao queimador de gases de exaustão 8, de modo a elevação da temperatura no queimador de gases de exaustão 8 é suprimida; e assim, a temperatura no mesmo está dentro da faixa em que a reação de oxidação catalítica pode prosseguir. Quando o processo de S714 termina, o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de catodo (S71) é terminado.

[091] De acordo com a primeira modalidade, a seguir, efeitos vantajosos podem ser obtidos.

[092] O sistema de células de combustível 100 da primeira modalidade em que a pilha de células de combustível 1 é responsável por gerar uma energia compreende: o compressor 5 com o qual o gás de catodo é suprido à pilha de células de combustível 1 através dos percursos 111, 112, 113 e 114 (rota de suprimento de gás de catodo); o queimador de partida 7 (primeiro queimador) disposto na rota de suprimento de gás de catodo; o queimador de gases de exaustão 8 (segundo queimador) no qual o gás efluente de anodo e o gás efluente de catodo, ambos sendo descarregados da pilha de células de combustível 1, são queimados; o percurso de ramificação 116 (primeiro percurso de ramificação) que é, na rota de suprimento de gás de catodo, ramificado na montante do queimador de partida 7 e unido na jusante do queimador de partida 7; e o percurso da ramificação 115 (segundo percurso de ramificação) que é, na rota de suprimento de gás de catodo, ramificado na jusante do queimador de partida 7 e unido aos percursos 123 e 124 (rota de descarga de gás de catodo) através dos quais o gás efluente de catodo descarregado da pilha de células de combustível 1 é direcionado para o queimador de gases de exaustão 8.

[093] Além disso, o sistema de células de combustível 100 compreende: a válvula 15 (primeira válvula) com o qual a desativação e a condução do percurso de ramificação 116 (primeiro percurso de ramificação) são alteradas; e a válvula 13 (segunda válvula) com a qual o destino de descarga do gás de catodo do queimador de partida 7 (primeiro queimador) é alternado para a pilha de células de combustível 1 ou para o percurso 124 (rota de descarga de gás de catodo) através do percurso da ramificação 115 (segundo percurso da ramificação).

[094] Quando o processo de parada do sistema de células de combustível 100 é iniciado, a temperatura da pilha de células de combustível 1 cai; e assim, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 cai, de modo que existe um risco de que a reação de combustão catalítica não prossiga adequadamente no queimador de gases de exaustão 8. Em consequência, no processo de parada de suprimento de combustível (S21), ao operar a válvula 15 de modo a conduzir o percurso de ramificação 116, o gás de catodo suprido a partir do compressor 5 é suprido à pilha de células de combustível 1 através do percurso de ramificação 116 (etapa de controle de primeira ramificação: S213). E, a válvula 13 é operada de modo a conduzir o percurso de ramificação 115, fornecendo assim o gás de catodo, que deve ser suprido à pilha de células de combustível 1 do queimador de partida 7, para o queimador de gases de exaustão 8 (etapa de controle de segunda ramificação: S214). E o queimador de gases de exaustão 8 é iniciado (etapa de partida de primeiro queimador: S215).

[095] Ao fazer isso, o gás do cátodo tendo uma baixa temperatura é suprido à pilha de células de combustível 1, através do percurso de ramificação 116. Assim, o gás do cátodo tendo uma temperatura elevada a partir do queimador de partida 7 não é suprido para a pilha de células de combustível 1; e assim, a pilha de células de combustível 1 pode ser resfriada eficientemente.

[096] Além disso, mesmo se a pilha de células de combustível 1 for resfriada, o gás de catodo tendo uma alta temperatura através do aquecedor de partida 7 é suprido para o queimador de gases de exaustão 8; e assim, a queda de temperatura do queimador de gases de exaustão 8 pode ser suprimida. Em consequência, a reação de combustão catalítica no queimador de gases de exaustão 8 prossegue adequadamente, de modo que a fuga do gás não queimado incluído no gás efluente de anodo para fora do sistema de células de combustível 100 pode ser suprimida.

[097] O sistema de células de combustível 100 da primeira modalidade compreende ainda o percurso de gás de exaustão 129 (percurso de exaustão) que é ramificado na montante do ponto de junção do percurso de ramificação 115 (segundo percurso de ramificação) nos percursos 123 e 124 (percurso de gás efluente de catodo) e é capaz de descarregar o gás efluente de catodo.

[098] Além disso, o sistema de células de combustível 100 compreende a válvula 16 (válvula de exaustão) que altera o destino de descarga do gás efluente de catodo da pilha de células de combustível 1 para o queimador de gases de exaustão 8 (segundo queimador) ou para fora do sistema de células de combustível 100 através do percurso de gás de exaustão 129 (percurso de exaustão).

[099] À medida que a temperatura Tc do sistema de células de combustível 100 cai, a temperatura do gás efluente de catodo cai. Em consequência, devido ao gás efluente de catodo com uma temperatura baixa ser suprido a partir da pilha de células de combustível 1 que está no curso de resfriamento, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 se torna a temperatura na qual a reação de oxidação catalítica não pode prosseguir mesmo se o gás tendo uma alta temperatura descarregado do queimador de partida 7 for suprido através do percurso de ramificação 115. Em consequência, se a temperatura da célula de combustível for menor que uma temperatura prescrita (temperatura de alteração de rota de descarga Tc1), o percurso de gás de exaustão 129 é conduzido controlando a válvula 16. Ao fazer isto, o gás efluente de catodo tendo uma baixa temperatura descarregada da pilha de células de combustível 1 para o percurso 123 não é suprido ao queimador de gases de exaustão 8 por meio do percurso 124, mas é descarregado para fora da pilha de células de combustível 1 a partir do percurso de gases de exaustão 129 (etapa de alteração de rota de descarga: S23 e S231). Devido a isso, a queda da temperatura no queimador de gases de exaustão 8 é suprimida conduzindo, assim, à faixa de temperatura em que a reação de oxidação catalítica pode prosseguir adequadamente, de modo que a reação de combustão catalítica pode prosseguir adequadamente. Ao fazer isto, a fuga do gás não queimado incluído no gás efluente de anodo para fora do sistema de células de combustível 100 pode ser suprimida.

[0100] Entretanto, como um exemplo modificado, ao operar a válvula 16 de acordo com a temperatura do queimador de gases de exaustão 8, o controle de alteração (etapa de alteração de rota de descarga: S71) pode ser executado ainda se o gás efluente de cátodo é descarregado para fora do sistema de células de combustível 100 a partir do percurso de gás de exaustão 129 ou é suprido ao queimador de gases de exaustão 8 através do percurso 124. Por exemplo, se a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 cair de modo que a temperatura se torne menor que o limite de temperatura inferior (limite inferior de temperatura de queima) no qual a reação catalítica pode prosseguir (S711: Sim), a válvula 16 é controlada de modo a conduzir o percurso de gás de exaustão 129, de modo que o gás efluente de catodo é descarregado para fora do sistema de célula de combustível 100 do percurso de gás de exaustão 129 (S712). Devido a isto, o fluxo do gás efluente de catodo que tem uma temperatura baixa no queimador de gases de exaustão 8 é suprimido; e assim, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 se torna mais alta do que o limite inferior de temperatura a que a reação catalítica pode prosseguir, de modo que a reação de oxidação catalítica pode prosseguir adequadamente. Por outro lado, se a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 aumentar para uma temperatura maior que o limite superior de temperatura (limite superior de temperatura de queima) no qual a reação catalítica pode prosseguir (S713: Sim), a válvula 16 é controlada de modo a conduzir o percurso de gás de exaustão 129, de modo que apenas o gás de catodo tendo uma alta temperatura a partir do queimador de partida 7 é suprido ao queimador de gases de exaustão 8 através do percurso de ramificação 115 (S714). Devido a isto, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 se torna mais baixa do que o limite superior de temperatura, no qual a reação de oxidação catalítica pode prosseguir, de modo que a reação catalítica possa prosseguir adequadamente.

[0101] Além disso, o sistema de células de combustível 100 da primeira modalidade compreende ainda o trocador de calor por ar 6, que está disposto no lado a montante do ponto de ramificação do percurso de ramificação 116 (segundo percurso de ramificação) no percurso 112 (rota de suprimento de gás de catodo). rota) e usa o gás de exaustão do queimador de gases de exaustão 8 (segundo queimador).

[0102] Pela disposição do trocador de calor por ar 6, como mencionado acima, o gás de catodo aquecido pelo trocador de calor por ar 6 é suprido para a pilha de células de combustível 1 enquanto o sistema de células de combustível 100 está parado. Devido a isto, a pilha de células de combustível 1 é impedida de ser rapidamente resfriada, de modo que o eletrodo de ânodo e assim por diante no saco de células de combustível 1 pode ser impedido de rachar.

[0103] Além disso, o sistema de células de combustível 100 da primeira modalidade compreende ainda o percurso de ramificação 105 (terceiro percurso de ramificação), que é ramificado para fora do percurso 103 (rota de suprimento de gás de anodo) e se une aos percursos 121 e 122 (rota de descarga de gás efluente de anodo) entre a pilha de células de combustível 1 e o queimador de gases de exaustão 8 (segundo queimador).

[0104] Além disso, o sistema de células de combustível 100 compreende a válvula 11 (terceira válvula) com a qual o destino de suprimento do gás de catodo é alternado para a pilha de células de combustível 1 ou para o percurso 124 (rota de descarga de gás efluente de anodo) por meio do percurso da ramificação 105 (terceiro percurso da ramificação).

[0105] Ao operar a válvula 11, de modo a conduzir o percurso de ramificação 105 enquanto o sistema de células de combustível está parado, o combustível restante no sistema de suprimento de combustível após o suprimento de combustível ser parado pode ser suprido não para a pilha de células de combustível 1, mas para o queimador de gases de exaustão 8 (etapa de condução do terceiro percurso de ramificação: S251). Em consequência, após o suprimento de combustível ser parado, o combustível não é suprido para a pilha de células de combustível 1 no todo, de modo que a geração de energia da pilha de células de combustível 1 pode ser parada mais rapidamente; e assim, o tempo de parada do sistema de células de combustível 100 pode ser reduzido. Além disso, devido ao combustível restante no sistema de suprimento de combustível poder ser usado no queimador de gases de exaustão 8, a quantidade de uso do combustível pode ser suprimida. (Segunda modalidade)

[0106] Na segunda modalidade, um exemplo no qual a pilha de células de combustível 1 é proativamente resfriada será explicado.

[0107] A Fig. 9 é o diagrama que ilustra a configuração do sistema de células de combustível 100 da segunda modalidade durante a operação normal do mesmo. A configuração ilustrada nesta figura é diferente do sistema de células de combustível 100 da primeira modalidade no ponto em que o percurso 114 é ramificado a montante do trocador de calor por ar 6.

[0108] A Fig. 10 é a figura que mostra o processo de parada do sistema de células de combustível 100 desta modalidade. Comparando com outro processo de controle de parada da primeira modalidade mostrada na Fig. 7, o processo nesta figura não tem o processo da Etapa S23. No entanto, os mesmos processos que aqueles da primeira modalidade são executados no processo de parada de suprimento de combustível (S21), no processo de alteração da rota de descarga de gás efluente de catodo (S71), no processo de parada de suprimento de gás de anodo (S25) e no processo de terminação (S27).

[0109] Como mostrado na figura, após o processo de parada de suprimento de combustível (S21), quando a temperatura Tc da pilha de células de combustível se torna a temperatura de parada Tc2 (S24: Sim) e antes do processo de parada de suprimento de gás de anodo (S25), o processo de alteração de S71 é executado. Devido a isto, a temperatura do queimador de gases de exaustão 8 é sempre a temperatura na qual a reação de oxidação catalítica pode prosseguir adequadamente; e assim, a descarga do gás não queimado incluído no gás efluente de anodo para o ar externo pode ser suprimida.

[0110] De acordo com a segunda modalidade, a seguir, efeitos vantajosos podem ser obtidos.

[0111] O sistema de células de combustível 100 da segunda modalidade compreende ainda, entre o ponto de ramificação do primeiro percurso de ramificação e o queimador de partida 7 (primeiro queimador) na rota de suprimento de gás de catodo, o trocador de calor por ar 6 que usa o gás de exaustão do queimador de gases de exaustão 8 (segundo queimador).

[0112] Com a configuração como indicada acima, o gás do cátodo que não passa através do trocador de calor por ar 6, assim, tendo uma temperatura normal é suprido para a pilha de células de combustível 1. Deste modo, a pilha de células de combustível 1 pode ser rapidamente resfriada, de modo que o tempo de parada do sistema de células de combustível 100 pode ser reduzido.

[0113] Além disso, em comparação com o processo de controle de parada da primeira modalidade representada na Fig. 7, o processo de controle de parada ilustrado na Fig. 10 não possui o processo de alteração de rota de descarga de gás efluente de cátodo (S23). Ao fazer isto, a carga de processamento da unidade de controle 10 pode se tornar mais leve.

[0114] Na descrição acima, as modalidades da presente invenção foram explicadas. No entanto, as modalidades descritas acima são meros exemplos parciais da aplicação da presente invenção; e assim, a descrição não pretende limitar as reivindicações da presente invenção dentro da composição específica destas modalidades. Além disso, as modalidades descritas acima podem ser arbitrariamente combinadas.

[0115] O presente pedido reivindica uma prioridade do Pedido de Patente Japonês n°. 2015-244487 depositado no Escritório de Patentes do Japão em 15 de dezembro de 2015, e todo o conteúdo do qual é aqui incorporado por referência.

Claims

1. Sistema de células de combustível (100), em que o sistema de células de combustível (100) compreende uma célula de combustível de óxido sólido (1) que gera uma energia ao receber um suprimento de um gás de anodo e de um gás de catodo, e o sistema (100) compreende: uma unidade de suprimento de gás de catodo (5) para suprir o gás de catodo à célula de combustível (1) por meio de uma rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114); um primeiro queimador (7) disposto na rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114), um segundo queimador (8) para queimar um gás efluente de anodo e um gás efluente de catodo por uma reação de oxidação catalítica, que são descarregados da célula de combustível (1); um primeiro percurso de ramificação (116) que é ramificado a partir de uma montante do primeiro queimador (7) e se une a uma jusante do primeiro queimador (7) na rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114); um segundo percurso de ramificação (115) que é ramificado a partir de uma jusante do primeiro queimador (7) na rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114) e se une a uma rota de descarga de gás efluente de catodo (123, 124) através da qual o gás efluente de catodo é descarregado da célula de combustível (1) para o segundo queimador (8), CARACTERIZADO por: uma primeira válvula (15) para alternar entre desativação e condução do primeiro percurso de ramificação (116); e uma segunda válvula (13) para alternar um destino do gás de catodo descarregado do primeiro queimador (7) para ou a célula de combustível (1) ou para a rota de descarga de gás efluente de catodo (123, 124) através do segundo percurso de ramificação (115).

2. Sistema de células de combustível (100), de acordo com a reivindicação 1, o sistema (100) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: um percurso de gás de exaustão (129) que é ramificado a partir de uma montante de um ponto de junção do segundo percurso de ramificação (115) na rota de descarga de gás efluente de catodo (123, 124) e através do qual o gás efluente de catodo é descarregado para fora do sistema de células de combustível (100).

3. Sistema de células de combustível (100), de acordo com a reivindicação 2, o sistema (100) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: uma válvula de exaustão (16) com a qual o destino do gás efluente de catodo descarregado da célula de combustível (1) é alternado ou para o segundo queimador (8) ou para fora do sistema de células de combustível (100) por meio do percurso de gás de exaustão (129).

4. Sistema de células de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, o sistema (100) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: um trocador de calor (6) para aquecer o gás de catodo, disposto em uma montante de um ponto de ramificação do primeiro percurso de ramificação (116) na rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114).

5. Sistema de células de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, o sistema (100) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: um trocador de calor (6) para aquecer o gás de catodo, disposto entre um ponto de ramificação do primeiro percurso de ramificação (116) e o primeiro queimador (7) na rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114).

6. Sistema de células de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, o sistema (100) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: um terceiro percurso de ramificação (105) que é ramificado a partir de uma rota de suprimento de gás de anodo (103) para suprir o gás de anodo para a célula de combustível (1) e se une a uma rota de descarga de gás efluente de anodo (122) através da qual o gás efluente de anodo é descarregado da célula de combustível (1) para o segundo queimador (8).

7. Sistema de células de combustível (100), de acordo com a reivindicação 6, o sistema (100) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda: uma terceira válvula (11) com a qual o destino de suprimento do gás de anodo é alternado ou para a célula de combustível (1) ou para a rota de descarga de gás efluente de anodo (122) através do terceiro percurso de ramificação (105).

8. Método de controle do sistema de células de combustível (100), conforme definido na reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que: enquanto o sistema de células de combustível (100) está parado, uma etapa de controle de primeiro percurso de ramificação na qual ao conduzir o primeiro percurso de ramificação (116) ao operar a primeira válvula (15), o gás de catodo suprido pela unidade de suprimento de catodo é suprido para a célula de combustível (1) através do primeiro percurso de ramificação (116), uma etapa de controle de segunda ramificação na qual ao conduzir o segundo percurso de ramificação (115) bem como ao desativar entre o primeiro queimador (7) e a célula de combustível (1) na rota de suprimento de gás de catodo (111, 112, 113, 114) ao operar a segunda válvula (13), o gás de catodo é suprido da unidade de suprimento de gás de catodo (5) para o segundo queimador (8) configurado para queimar gás através de uma reação de oxidação catalítica através do primeiro queimador (7), e uma etapa de partida de primeiro queimador para iniciar o primeiro queimador (7).

9. Método de controle do sistema de células de combustível (100), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de células de combustível (100) compreende ainda: um percurso de gás de exaustão (129) que é ramificado a partir de uma montante de um ponto de junção do segundo percurso de ramificação (115) na rota de descarga de gás efluente de catodo (123, 124) e através do qual o gás efluente de catodo é descarregado para fora do sistema de células de combustível (100); e o método ainda executa: enquanto o sistema de células de combustível (100) está parado, uma etapa de alteração de rota de gás de exaustão na qual quando uma temperatura da célula de combustível (1) é menor que uma temperatura prescrita, ao conduzir o percurso de gás de exaustão (129), o gás efluente de catodo é descarregado da célula de combustível (1) para fora do sistema de células de combustível (100) através do percurso de gás de exaustão (129).

10. Método de controle do sistema de células de combustível (100), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de células de combustível (100) compreende ainda: um percurso de gás de exaustão (129) que é ramificado a partir de uma montante de um ponto de junção do segundo percurso de ramificação (115) na rota de descarga de gás efluente de catodo (123, 124) e através do qual o gás efluente de catodo é descarregado para fora do sistema de células de combustível (100); e o método ainda executa: enquanto o sistema de células de combustível (100) está parado, uma etapa de alteração de rota de gás de exaustão na qual quando uma temperatura do segundo queimador (8) é maior que um limite superior de temperatura de queima, o gás efluente de catodo é descarregado da célula de combustível (1) para o segundo queimador (8) ao desativar o percurso de gás de exaustão (129), e quando a temperatura do segundo queimador (8) é menor que um limite inferior de temperatura de queima, o gás efluente de catodo é descarregado da célula de combustível (1) para fora do sistema de células de combustível (100) através do percurso de gás de exaustão (129) ao conduzir o percurso de gás de exaustão (129).

11. Método de controle do sistema de células de combustível (100), de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de células de combustível (100) compreende ainda: um terceiro percurso de ramificação (105) que é ramificado de uma rota de suprimento de gás de anodo (103) para suprir o gás de anodo para a célula de combustível (1) e se une à rota de descarga de gás efluente de anodo (122) através da qual um gás efluente de anodo é descarregado da célula de combustível (1) para o segundo queimador (8); e o método ainda executa: enquanto o sistema de células de combustível (100) está parado, a etapa de condução do terceiro percurso de ramificação (105) na qual ao conduzir um terceiro percurso de ramificação (105), suprimento do gás de anodo para a célula de combustível (1) é parado, e ao mesmo tempo o gás de anodo é suprido ao segundo queimador (8).