CN101170179A

CN101170179A - 用于公寓大楼的燃料电池系统及其运行方法

Info

Publication number: CN101170179A
Application number: CNA2007101673598A
Authority: CN
Inventors: 洪紸瀚; 金宅根; 赵大熙
Original assignee: SK Corp
Current assignee: SK Innovation Co Ltd
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: CN101170179B; KR100778625B1; JP2008108732A

Abstract

本文公开了用于公寓大楼的燃料电池系统。将多个燃料电池堆安装在公寓大楼的各住宅单元内，并使用氢产生电和热量。将一个或多个燃料处理器安装在服务区域，通过重整燃料产生氢，并通过管线将氢供给各自用于多个住宅单元的各供应模块。将控制器电连接到用于自动检测燃料电池堆的运行负荷状况的传感器。该控制器基于接收到的自动检测信息控制各燃料处理器的运行。公共转换器接收由燃料处理器过量产生的剩余氢，并将过量产生的剩余氢转化成公共电和热能。

Description

用于公寓大楼的燃料电池系统及其运行方法

技术领域

本发明一般涉及用于公寓大楼的燃料电池系统，其中，将一个或多个处理机安装在服务区域，且燃料电池堆安装在各自的住宅单元内，特别是涉及公寓大楼的燃料电池系统，该系统与各自住宅单元的燃料电池堆的运行负荷结合运行一个或多个燃料处理器，并利用过剩的氢作为公共区域的燃料电池动力，由此增加了能量效率，并涉及该系统的运行方法。

背景技术

通常，燃料电池系统是通过由重整气体燃料获得的氢或者纯氢与来自空气中的氧反应产生电能的装置。燃料电池系统与通过化学反应产生电的电池相似。然而，燃料电池系统从外部接收反应物，例如氢和氧，使得燃料电池系统不需要充电，只要向该燃料电池供给燃料就产生电，并且没有燃料燃烧反应就产生电，因此具有环境方面的优点。

燃料电池系统的基本操作原理是，电解质夹在两个电极之间，当氢离子和氧离子通过两个电极时产生电，并且热和水作为副产品产生。此处，当通过燃料电池的阳极供给氢且通过燃料电池的阴极供给氧时，通过阳极进入的氢分子通过催化剂分离成质子和电子，并且分离的质子和电子通过不同的路径到达阴极。也就是说，质子流过燃料电池中心的电解质，且电子流过外部电路，由此产生电流流动，并且电子和质子在阴极与氧结合，由此产生水。

换句话说，燃料电池是直接将氢和氧的化学反应能量转换成电能的生成系统，氢和氧含在烃基材料中，例如甲醇、乙醇或天然气中。这种燃料电池依据所使用电解质的类型分成磷酸燃料电池(Phosphoric Acid Fuel Cell)(PAFC)、熔融碳酸酯燃料电池(Molten Carbonate Fuel Cell)(MCFC)、固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell)(SOFC)以及质于交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)(PEMFC)。尽管基本上基于相同的原理来操作各种燃料电池，但是它们在燃料的种类、操作温度、催化剂和使用的电解质上不同。

传统燃料电池系统的结构包括，通过重整燃料将诸如天然气的燃料转换成氢燃料的燃料处理器，从燃料处理器接收氢引起氢与氧间的化学反应并产生电和热量的燃料电池堆，用于将由于燃料电池堆中的化学反应产生的直流电源转换为在家中使用的交流电源的逆变器即电源转换装置，以及用于提取排向外部的废热并将再利用废热作为加热水的热能的热交换器。

燃料处理器通过燃料泵接收燃料槽中的燃料，通过重整燃料产生氢气，并将氢气供给燃料电池堆。

燃料电池堆形成燃料电池的主体，并通过引起由燃料处理器接收的氢气与氧间的电化学反应产生电能。此处，燃料电池堆具有几个至几十个电池一个堆叠到另一个顶部的结构，每个电池包括膜电极组件(Membrane ElectrodeAssembly)(MEA)和紧密附着到MEA两侧的两极极板。MEA具有阳极和阴极附着到插置在其间的电解质膜上的结构。

在燃料电池堆中，通过两极极板将氢气供给阳极电极，将氧供给阴极电极。在此过程中，在阳极电极发生氢气的氧化反应，同时在阴极电极发生氧的还原反应。另外，由于在此过程中产生的电子的运动产生了电，伴随产生了热量和水。

逆变器是将在上述燃料电池堆中产生的直流电转换成交流电，以用作民用电源的装置。

上述构成的燃料电池系统具有高能量效率、对环境友好、能量供应来源的灵活性以及氢制备经济的各种优点。因此，最近，集中开发并运作了产生等于或小于5kw能量的用于住宅单元的燃料电池系统而不是大规模发电的设备。

然而，传统燃料电池系统的发电容量已经开发至适合单一家庭住宅。因此，由于随着总体发电容量增长，应该开发环境技术并应该解决安全限制，所以存在难以将传统燃料电池系统应用于多家庭住宅即公寓大楼的问题，所述公寓大楼例如为公寓或商住两用公寓(mixed-use condominium)。

也就是说，用于产生氢的重整装置的燃料处理器由于安全和技术的原因而限制了其容量增长。另外，当全部系统被分配时，主要的问题是必须提供有效运行系统的方案。

同时，为了解决该问题，本申请人提出了用于公寓大楼的燃料电池系统，其中，燃料处理器安装在公寓大楼的服务区域，并且用于接收来自燃料处理器的氢并产生电的燃料电池堆和逆变器设置在各住宅单元内。

但是，将本申请人已申请专利的用于公寓大楼的燃料电池系统配置成将单个的燃料处理器安装成将氢提供到安装在各住宅单元内的燃料电池堆，存在限制了系统范围以及燃料电池稳定性低的问题。

也就是说，产生氢的燃料处理器应该在基于各住宅单元需要的氢的量的最佳运行条件下运行。然而，由于考虑到燃料处理器产生氢的时间和操作条件，各住宅单元需要的准确量的氢不能精确产生，因此存在应该产生过量氢的缺陷。另外，由于可归因于氢的过剩生产的剩余氢的量随着住宅单元数量的增加而增加，产生了能量效率变差的问题。

发明内容

因此，本发明紧记存在于现有技术中的上述问题，并且本发明的目的是提供用于公寓大楼的燃料电池系统，其中，用于接收氢并产生电的燃料电池堆和逆变器安装在公寓大楼的各住宅单元内，并且用于将产生的氢供给各用于预定量住宅单元的各模块的一个或多个燃料处理器安装在公寓大楼的服务区域内，并与燃料电池堆联结起来。

本发明的另一个目的是提供用于公寓大楼的燃料电池系统，该系统能使过量产生的剩余氢用作公共能源，由此增加能量利用效率。

为了完成上述目的，本发明提供了用于公寓大楼的燃料电池系统，该系统包括多个燃料电池堆，该多个燃料电池堆安装在公寓大楼的各住宅单元内并配置成使用氢来产生电和热；一个或多个燃料处理器，该燃料处理器安装在服务区域内并配置成通过重整燃料来产生氢且通过管线将氢供给各用于多个住宅单元的各供应模块；控制器，该控制器配置成与用于自动检测燃料电池堆的运行负荷状况的传感器电连接，并基于接收的自动检测信息控制各燃料处理器的运行；以及公共转换器，该转换器配置成从燃料处理器接收过量产生的剩余氢，并将过量产生的剩余氢转换成公共电和热能。

在实施方式中，将各燃料处理器连接到主供应管线，以将氢供给形成用于各住宅单元的相应供应模块的燃料电池堆，并连接到包括阀门的辅助供应管线，以将剩余氢选择性地供给公共转换器。

在该实施方式中，公共转换器是通过包括阀门的管线连接到燃料处理器的公共燃料电池堆，选择性地接收氢，并产生电和热量。

在该实施方式中，公共转换器是通过包括阀门的管线连接到燃料处理器的氢气锅炉，选择性地接收氢，并产生热量。

在该实施方式中，通过旁通管(bypass lines)将燃料处理器互相连接，使得当一个燃料处理器发生故障时，正常运行的燃料处理器选择性地将氢供给对应于故障燃料处理器的供应模块。

在该实施方式中，将旁通管连接到辅助供应管线。

为了达到上述目的，本发明提供了用于公寓大楼的燃料电池系统的运行方法，该方法包括独立地将由安装在公寓大楼的服务区域内的一个或多个燃料处理器所产生的氢供给各供应模块，各供应模块均包括用于多个住宅单元的多个燃料电池堆；以及使用控制器控制相应于各供应模块的燃料处理器的运行，该控制器从用于自动检测燃料电池堆的运行负荷状况的传感器接收自动检测的信息。

在该实施方式中，燃料处理器的控制运行包括使用用于自动检测燃料电池堆的运行状况的传感器测量氢的消耗量，测量由各燃料处理器产生的氢的产生量，并选择性地执行管线控制，使得使用控制器将过量产生的剩余氢供给通过管线连接的公共转换器。

在该实施方式中，接收剩余氢的公共转换器是用于产生电和热并将电和热供给用作公共区域的电源的公共燃料电池堆。

在该实施方式中，燃料处理器的控制运行包括使用控制器选择性地转换用于选择性地连接一个或多个燃料处理器的旁通管，并将产生的氢供给以环形交叉方式的各供应模块。

在该实施方式中，接收剩余氢的公共转换器是用于产生热并将热空气和热水供给住宅单元的氢气锅炉。

在该实施方式中，转换旁通管包括使用控制器自动检测各燃料处理器的运行状况，并转换旁通管，使得当特定的燃料处理器发生故障时，通过正常运行的燃料处理器产生的氢选择性地提供到相应于故障燃料处理器的供应模块。

附图说明

通过下述结合附图的具体描述可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：

图1和2为显示根据本发明用于公寓大楼的燃料电池系统构造的示意图；

图3为显示根据本发明用于公寓大楼的燃料电池系统构造的示意图；

图4为显示根据本发明用于公寓大楼的燃料电池系统构造的示意图。

图5和图6为显示本发明用于公寓大楼的燃料电池系统的驱动方法的示意图；

图7为显示本发明用于公寓大楼的燃料电池系统的旁通管的示意图；以及

图8为显示本发明用于公寓大楼的燃料电池系统的运行方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图，其中在整个各个不同的附图中用相同的参考标记表示相同或相似的元件。

根据下面结合以下附图的描述，本发明的特征和优点将变得更明显。

本说明书和权利要求书中所用的术语和词语不能解释为具有常规的字典中的意义，而是应当解释为基于发明人为了以最适当的方式描述发明人自己的发明而可能适当定义术语的概念的原则而具有的符合本发明技术精神的意义和概念。

下面参照附图详细描述根据本发明的用于公寓大楼的燃料电池系统的实施方式。

图1为显示根据本发明用于公寓大楼的燃料电池系统与安装相关的构造的示意图；以及图2为显示根据本发明的燃料电池堆与安装相关的构造的示意图。

如图所示，本发明的燃料电池系统主要应用于公寓大楼，例如公寓住宅和商住两用公寓。即，用于通过重整燃料产生氢气的燃料处理器3安装在服务区域(未示出)，例如机器房，用于接收氢气和产生电和热的燃料电池堆(燃料电池系统)5包括逆变器(未示出)安装在各个住宅单元内。

参考标记‘3a’表示用于接收来自燃料槽(未示出)的燃料的燃料管线，参考标记‘3b’表示用于将重整氢气供至燃料电池堆5的氢气供应线。

上述构造与公知的用于公寓大楼的燃料电池系统的构造基本相同。然而，本发明包括一个或多个小容量燃料处理器和燃料电池堆，所述燃料处理器为危险设施；所述燃料电池堆独立安装在相应住宅单元内，形成用于多个住宅单元的单供电模块，并接收来自相应燃料处理器的氢气。

图3为显示根据本发明的用于公寓大楼的燃料电池系统构造的示意图，以及图4为显示根据本发明的用于公寓大楼的燃料电池系统构造的示意图。

如图3和4所示，根据本发明的燃料电池系统包括一个或多个安装在公寓大楼服务区域并配置成通过重整燃料产生氢气并通过管线对用于多个住宅单元的各个供应模块提供氢气的燃料处理器3，独立安装在公寓大楼各个住宅单元内并配置成接收来自燃料处理器3的氢气和产生电和热的燃料电池堆5，配置成基于燃料电池堆5的运行状态控制燃料处理器3运行的控制器10，配置成将在燃料处理器3中过量产生的剩余氢转化成电和热能的公共转化炉20，以及用于接收来自控制器10的控制信号和选择性供电至燃料处理器3的辅助供电单元40。

这种燃料处理器3是用于通过重整燃料将广泛使用的燃料如液化天然气(LNG)、液化石油气(LPG)、汽油或甲醇转化成氢气并将氢气供给至燃料电池的装置。燃料处理器3执行基于催化剂的过程，即脱硫反应、重整反应、水气转移反应和化学选择性反应(chemoselective reaction)。

即，燃料处理器3包括用于执行在常温下的反应的金属-沸石脱硫器、用于执行吸热反应的蒸汽重整器、水气转移反应器(一氧化碳转化炉)和优选的氧化反应器。由于具有上述构造的燃料处理器可以使用公知的方法运行，因此在此省略其具体描述。

同时，将根据本发明的上述燃料处理器3用于公寓大楼如公寓或商住两用公寓。优选情况下，将燃料处理器3用于服务区域如公寓大楼的机器房、配电房或锅炉房。燃料处理器3是用于产生氢气的相当危险的设施，并且具有危险性随氢气产量成比例增加的缺点。即存在这些缺点：当氢气处理器的容量增加时，需要额外的安全装置如防暴装置，因而经济成本提高，并且由于各种限制，燃料处理器不能安装在居民区。

因此，本发明提出安装经济的并且在安全方面容易管理的一个或多个小容量燃料处理器3。各燃料处理器3连接到用于将氢供给至燃料电池堆5的将在后面描述的主供应管线‘p1’，用于将剩余氢供给至公共转换器20的辅助供应管线‘p2’，以及用于替换故障燃料处理器3′的旁通管‘bp’。因此，正常运行的燃料处理器3代替了故障燃料处理器3′，使得保持了整个系统的安全。

具有上述构造的燃料处理器的容量选择具体如下：

(1)用于公寓大楼的氢气供应总容量

考虑各个住宅单元的耗电量，用于各个住宅单元的氢气供应量基于燃料电池系统1的容量来决定。一般地，将容量为0.5-5kW的燃料电池系统1用于各个住宅单元。用于各个住宅单元的燃料电池系统1所需的氢气供应量可以基于燃料电池系统1的电转化率(一般为20-50％)根据下述方程式1计算出：

氢气供应量(最大值)＝P÷E×860÷273[Nm³/hr] (1)

其中燃料电池容量(最大值)：P(kW)，电容量至热容量的转化率为：860Kcal/kWh。

氢气热值：2732Kcal/Nm³[较低热值]，以及电转化效率：E[％]

因此，为构造和计算燃料处理器的容量，可以使用下述方程式2计算用于公寓大楼的氢气供应总容量：

Capa，Cp_H2，Cp_H2[Nm³/hr]＝(氢气供应量，最大值)×(总单元住宅数量)(2)

(2)燃料处理器容量的选择和模块的安装

当公寓大楼为公寓且住宅区域内包括的建筑物的数量为M时，安装燃料处理器的机器房的数量为M，因而一般安装M个燃料处理器。然而，燃料处理器可以基于市售燃料处理器所需容量按照下述多种方式进行安装：

实施例1

当燃料处理器安装在各个建筑物内时，

待安装的燃料处理器的数量＝M

用于各个模块的燃料处理器的容量C_FP＝Int[Cp_H2/M]+1

其中Int[X]＝略去×数值的小数后的整数。

实施例2

当每两个建筑物安装一个燃料处理器时：

待安装的燃料处理器的数量＝M/2

用于各个模块的燃料处理器的容量C_FP＝Int[2Cp_H2/M]+1

即，当使用容量为1kW的燃料处理系统的住宅单元的总数为600且建筑物的数量为20时，则供应的氢气的总容量(Capa)确定为约420Nm³/hr。虽然各个燃料处理器的容量可以在确定待安装的模块的数量之后再计算，但如上所述，待安装的模块的数量可以在确定各个燃料处理器的容量之后计算。

如上述构造的一个或多个燃料处理器3通过接收燃料槽(未示出)中的燃料并将燃料重整来产生氢气，并将氢气供给至燃料电池堆，该燃料电池堆安装在各住宅单元内并集合成一个或多个供应模块，该供应模块将在后面描述。

燃料电池堆5是安装在包括在各公寓大楼内的各住宅单元内的装置，并配置成使用氢产生电和热。在本发明的实施方式中，将燃料电池堆5集合成用于多个住宅单元的单供应模块，并从相应的燃料处理器3接收氢。

这种燃料电池堆5是当由燃料处理器3产生的氢与空气中的氧反应时，用于产生电的装置。燃料电池堆5主要包括用于引起反应的催化剂、用于传送氢离子的电解质膜和用于控制收集电和空气流动的两极极板。

即，燃料电池堆5是用于通过引起来自燃料处理器3的氢气和氧气之间反应产生电能的装置。所述燃料电池堆具有其中几个甚至几十个各自包括MEA和紧紧附着在MEA两面的两极极板的电池一个堆叠到另一个顶部的结构。MEA具有这样的结构，即其中阳极和阴极通过插置在中间的电解质膜连接在一起。通过上述构造，氢和氧通过两极极板分别供给阳极和阴极。在该过程中，阳极的氢发生氧化反应，而阴极的氧发生还原反应。进一步地，由于电子的移动产生电，同时伴随热和水的产生。由于产生的电为直流电，因此使用设置在一侧的逆变器7将电转化为交流电，然后用作商业电(commercial power)。

由于具有上述构造的燃料电池堆5与上述燃料处理器3一样可以使用公知的方法运行，因此在此省略其具体描述。

然而，在本发明中，燃料电池堆5安装在公寓大楼例如公寓和商住两用公寓的各个住宅单元内，形成各个住宅单元的单供应模块，并接收来自相应燃料处理器3的氢气。

控制器10是一种通过控制燃料电池堆5、燃料处理器3、公共转换器20和旁通管‘bp’来保持系统的整个效率的微型计算机。可以将控制器10构造成直接连接控制器且该控制器控制多个燃料电池堆和燃料处理器，或者构造成将控制器独立地设置在各燃料电池堆和燃料处理器中，并通过主控制器来控制。

由于使用公知技术可以实现这种控制器的构造，因此省略了其详细描述。为了方便说明，将基于系统描述本发明，其中，以回路的方式使用单控制器10将一个或多个燃料电池堆5与燃料处理器3连接。

将控制器10配置成与传感器11电连接，该传感器11安装在各燃料电池堆5的一侧并自动检测各燃料电池堆5的运行状况。控制器10接收由传感器11自动检测的信息，并基于该信息控制相应燃料处理器3的运行。

也就是说，控制器10基于自动检测的关于燃料电池堆5为产生电和热量而消耗的流动氢的量的信息控制用于将氢供给其中包括了燃料电池堆5的供应模块‘a’的燃料处理器3的运行，并调节消耗氢的量和产生氢的量以互相一致。

同时，控制器10可以参考前一天或者前一年的相应天的氢消耗量，基于由各燃料电池堆5需要的消耗氢的量来确定产生氢的量。

也就是说，由于各燃料处理器3通过化学反应来产生氢，在各燃料电池堆5中消耗实时产生和供给的氢在实践中是不可能的。因此，很容易解决问题的方法是提供能储存氢的氢储槽。然而，这种方法不可以是可选择的方案，因为这种氢储槽在安全方面是非常危险的，应该提供防爆装置，并且法律上限制在居民区安装这样的氢储槽，会使问题变得更为复杂。

因此，优选控制器10执行控制，使得一个或多个燃料处理器3参考前一天或前一年的相应天产生氢的量，基于产生氢的量来产生需要量的氢。此处，产生氢的量应该足以产生各住宅单元所需要的电和热量。

公共转换器20是接收燃料处理器3中过量产生的剩余氢并使用该接收的氢作为公共电，或者将接收的氢转换为热能并将热能供给各住宅单元的装置。

也就是说，基于各燃料电池堆的运行负荷来确定相应于燃料电池堆5的燃料处理器3的运行率(下文称作‘R’)，该燃料电池堆5形成了用于多个住宅单元的单供应模块‘a’。此处，当根据本申请将最小输出与最大输出的比例确定为0-100％的范围，并且这个比例被称作调节比(Turn-Down-Ratio)(下文称作‘TDR’)时，基于燃料处理器3的‘TDR’和‘R’由燃料处理器3产生的氢的量被控制成满足全部的氢消耗量或者留下剩余氢。

因此，本发明提出了将产生的剩余氢供给附加公共转换器20，并通过将剩余氢转换成公共电、作为剩余电源售出的电或者热能来使用该附加公共转换器20，由此使能量有效使用。

同时，公共转换器20可以为通过包括阀门的管线与各燃料处理器3连接的公共燃料电池堆21，选择性地接收氢并产生电。此处，公共燃料电池堆21可以将产生的电供给公共区域，例如路灯和电梯，或者将剩余电力中转发送至电力出售公司将剩余电力售出。

此处，可以使用下面实施例3的方法来选择形成公共转换器20部分的公共燃料电池堆21的容量：

实施例3

假定公寓大楼为公寓，住宅区域内住宅单元的燃料电池堆5的总容量为600kW，‘TRD’为50％，基于最大过量氢气，公共燃料电池堆21的容量可以选择为：

600kW×50％＝300kW。

此外，除了公共燃料电池堆21的形式外，公共转炉20可以以氢气锅炉23的形式设置。在此，氢气锅炉23是通过包括阀门的管线与各个燃料处理器3连接并使用供给的氢气产生热的设备。可以将氢气锅炉23与管道连接，以将热气和水供给各个住宅单元或公共区域如控制室和老人厅(hallfor the aged)。

在此，形成公共转炉20部分的氢气锅炉23的容量可以使用下述实施例4的方法进行选择。

实施例4

假设公寓大楼为公寓，住宅区域内住宅单元的燃料电池堆5的总容量为600kW且‘TRD’为50％，则基于最大过量氢气，氢气锅炉23的容量可以选择如下：

600kW×25％＝150kW。

同时，形成公共转炉20部分的公共燃料电池堆21和氢气锅炉23可以使用公知的方法运行，因而在此省略其具体描述。

图5和图6为显示用于公寓大楼的燃料电池系统的各种驱动方法的示意图。

根据本发明，将各燃料处理器3配置成，除了安装了用于将氢供给用于多个住宅单元的供应模块‘a’的主供应管线‘p1’外，还有用于为一些其它燃料处理器3发生故障并使用剩余氢来运行用于向住宅区域供给公共电和热量的公共转换器20而准备的辅助供应管线‘p2’，使得燃料处理器3可以将氢供给由一些其它燃料处理器控制的住宅单元以及在以上所描述的控制器10控制下的公共转换器20。

在本发明的用于公寓大楼的燃料电池系统1中，主要有两种驱动各燃料处理器3的方法。

第一，关于在图5所示的‘R’＞‘TDR’的情况下燃料处理器的驱动方法，在用于自动检测燃料电池堆5的运行负荷的传感器11发送了指示由特定燃料处理器控制的各住宅单元运行负荷总量(下文中将特定模块的运行负荷称作‘R’)大于‘TDR’的信号给相应燃料处理器3的控制器的情况下，特定燃料处理器3在将运行负荷调节为等于或大于‘TDR’的值后产生并供给氢，以满足由燃料处理器3控制的特定供应模块‘a’需要的氢的总量。

然而，为了处理归因于住宅单元供应模块‘a’总负荷急剧增长的燃料处理器3的运行负荷的增长，可以执行下面的操作：

(a)用于自动检测燃料电池堆5的运行状况的传感器11发送燃料处理器3的运行负荷增长信号(例如1.05-2.0×(dP/dt))至各燃料处理器3，运行负荷增长信号大于dP/dt。

(b)当由于步骤(a)所描述的运行负荷的增长产生剩余氢时，将该剩余氢作为另一个燃料处理器3来控制的住宅单元的氢提供，或者将该剩余氢在控制器10的控制下通过阀门‘A’用于运行公共转换器20的氢来提供。

相反，在‘R’大于‘TDR’但dP/dt突然降低使得燃料处理器的响应速度变慢的情况下，进行转换至公共转换器20。

第二，关于在图6所示的‘R’＜‘TDR’的情况下燃料处理器的运行方法，在用于自动检测燃料电池堆5的运行负荷的传感器11向相应的处理器3发送了信号，指示特定模块的运行负荷‘R’低于‘TDR’时，控制器10立刻向燃料处理器3发送运行信号，命令进入‘TDR’模式，使得如图中所示，由控制器10通过阀门转换将剩余氢供给公共转换器20。

图7为显示本发明用于公寓大楼的燃料电池系统的旁通管的原理图。一个或多个燃料处理器3通过旁通管‘bp’选择性地互相连接，使得通过管线可以将氢供给相应的供应模块‘a’以及公共转换器20。

也就是说，各旁通管‘bp’的一端连接到与各燃料处理器3连接的各辅助供应管线‘p2’，各旁通管‘bp’的另一端与各供应模块‘a’连接。当多个燃料处理器中的一个或多个燃料处理器3′发生故障时使用旁通管‘bp’，使氢不能产生。即，一个或多个正常运行的燃料处理器3的氢产生量增加，并将氢通过旁通管‘bp’供给相应于故障燃料处理器‘3′’的供应模块‘a′’。

如上述构造的旁通管‘bp’的管线通过接收控制器10的控制信号的阀门选择性地转换。

下面将描述上述用于公寓大楼的燃料电池系统的运行。

将各具有预定容量的一个或多个容量处理机3安装在服务区域，例如公寓大楼的机器房和供电房，重整燃料并产生氢。将所产生的氢供给安装在各住宅单元的燃料电池堆5，并产生电和热量。

通过管线来连接燃料处理器3，以将产生的氢供给各用于多个住宅单元的各信号供应模块‘a’。另外，将过量产生的剩余氢供给公共转换器20，或者通过旁通管‘bp’连接以代替故障燃料处理器‘3′’。

也就是说，在上述构造的公寓大楼的燃料电池系统1中，控制器10自动检测燃料电池堆5的运行状况并基于燃料电池堆5的运行状况控制燃料处理器3的产氢量。在此过程中产生的剩余氢通过辅助管线‘p2’供给公共转换器20，并作为公共电和热能。

另外，尽管在一个或多个燃料处理器3发生故障并且不能产生氢的情况下，通过增加正常运行的燃料处理器3的氢产生量，或者通过旁通管‘bp’将过量产生的剩余氢供给相应于故障燃料处理器‘3′’的供应模块‘a′’，仍能够保持整个系统的运行而不管燃料处理器中发生故障。

在本发明的燃料电池系统1中，将一个或多个燃料处理器3安装在公寓大楼的服务区域，并且各燃料处理器3将重整的氢供给在步骤S10形成各用于多个住宅单元的相应供应模块‘a’的燃料电池堆5。

通过传感器11自动检测燃料电池堆5的运行负荷状况，并将关于自动检测的运行负荷状况的信息应用到控制器10。控制器10控制相应于各供应模块‘a’的燃料处理器3的运行，在各供应模块‘a’中包括相应的燃料电池堆5。也就是说，控制器10基于燃料电池堆5所需要的氢消耗量来控制燃料处理器3的运行，该燃料电池堆5在步骤S20形成各用于多个住宅单元的供应模块‘a’。

在上述运行条件中，过量产生的剩余氢一直存在。在步骤S30通过控制器10的阀门控制，将这种剩余氢通过各燃料处理器3的辅助管线‘p2’供给公共转换器20。

此处，产生用于公共区域如街灯、电梯和控制室的公共燃料电池堆21或者用于接收氢并将热空气和热水供给各住宅单元和公共区域的氢气锅炉23被用作公共转换器20。

同时，当多个燃料处理器3中的一个或多个发生故障并且不能产生并供给氢时，控制器10将管线转换至旁通管‘bp’，结果在步骤S40由正常运行的燃料处理器3过量产生的氢被供给了相应于故障燃料处理器‘3′’的供应模块‘a′’。

尽管已经公开了本发明优选的实施方式，但在不背离本发明的实质和技术范围的情况下，对本领域技术人员很显然的是可以对本发明作出各种修改。因此，必须看作是由所附的权利要求书的公开包含了各种修改。

在具有上述结构并按上述运行的用于公寓大楼的燃料电池系统中，自动检测了安装在公寓大楼的各住宅单元中的燃料电池堆的运行状况，即氢的消耗量，使得燃料处理器的运行状况即氢的产生量可基于燃料电池堆的运行状况来控制，结果是具有系统的运行效率可以提高的优点。

另外，将过量产生的剩余氢供给公共转换器并可以转化为公共电(用于路灯或电梯的电)和热能(用于加热空气和水的能量)，使得不需要安装储存剩余氢的大容量且非常危险的氢储槽，其结果是具有如下优点，当燃料电池系统安装在居住区域时，可以很大程度地提高安装燃料电池系统的自由度。

特别是，通过构造能输送由安装在服务区域的一个或多个燃料处理器所产生的氢的旁通管，当特定的燃料处理器发生故障时，正常运行的燃料处理器的氢的产生量增加，使得可以将氢稳定地供给从故障燃料处理器接收氢的供应模块，其结果是，可以保持整个系统的稳定性而与部分燃料处理器的故障无关，因此提供了有用的优点，即可以增加系统的稳定性，并且归因于系统故障的麻烦可以被优先避免。

Claims

1.一种用于公寓大楼的燃料电池系统，该系统包括：

多个燃料电池堆，所述多个燃料电池堆安装在公寓大楼的各住宅单元内，并配置成使用氢产生电和热；

一个或多个燃料处理器，所述燃料处理器安装在服务区域，并配置成通过重整燃料来产生氢并通过管线将氢供给至各自用于多个住宅单元的各供应模块；

控制器，所述控制器配置成与自动检测所述燃料电池堆的运行负荷状况的传感器电连接，并基于所接收到的自动检测信息控制各燃料处理器的运行；以及

公共转换器，所述公共转换器配置成从燃料处理器接收过量产生的剩余氢，并将所述过量产生的剩余氢转化成公共电和热能。

2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，各所述燃料处理器连接到主供应管线，以将氢供给至形成用于各住宅单元的相应供应模块的所述燃料电池堆，并连接到包括阀门的辅助供应管线，以选择性地将剩余氢供给至公共转换器。

3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述公共转换器是通过包括阀门的管线连接到燃料处理器、选择性地接收氢并产生电和热的公共燃料电池堆。

4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述公共转换器是通过包括阀门的管线连接到燃料处理器、选择性地接收氢并产生热的氢气锅炉。

5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述燃料处理器通过旁通管互相连接，使得当一个燃料处理器发生故障时，正常运行的燃料处理器将氢选择性地供给至对应于故障燃料处理器的供应模块。

6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述旁通管与辅助供应管线连接。

7.一种用于公寓大楼的燃料电池系统的运行方法，该方法包括：

将由安装在公寓大楼的服务区域内的一个或多个燃料处理器产生的氢分别供给至各供应模块，该供应模块各包括用于多个住宅单元的多个燃料电池堆；以及

使用控制器来控制相应于各供应模块的燃料处理器的运行，该控制器接收来自于用于自动检测所述燃料电池堆的运行负荷状况的传感器的自动检测的信息。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制燃料处理器的运行包括：使用用于自动检测所述燃料电池堆的运行状况的传感器测量氢的消耗量，测量由各燃料处理器产生的氢的产量，并选择性地执行管线控制，使得使用控制器将过量产生的剩余氢供给至通过管线连接的公共转换器。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，接收剩余氢的所述公共转换器是用于产生电和热并提供该电和热用作公共区域的动力的公共燃料电池堆。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，接收剩余氢的所述公共转换器是用于产生热并将热空气和热水供给至住宅单元的氢气锅炉。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，所述控制燃料处理器的运行包括：使用控制器选择性地切换旁通管以选择性地连接一个或多个燃料处理器，并且将产生的氢以环形交叉的方式供给至各供应模块。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述切换旁通管包括：使用控制器自动检测各燃料处理器的运行状况，并切换旁通管，使得当特定燃料处理器发生故障时，正常运行的燃料处理器产生的氢被选择性地提供到对应于故障的燃料处理器的供应模块。