CN1524307A - 燃料电池系统及其排空方法 - Google Patents

Abstract

一种用于燃料电池系统的排空设备，它包括蒸汽供应管线(18)和空气供应管线(19)。用于燃料电池系统的排空方法包括：在对燃料重整装置(12)、燃料电池主体(11)和燃料供应管线(13)进行排空操作时，首先利用蒸汽进行排空操作，然后利用空气进行排空操作。根据这种结构，可提供具有简单结构和简单操作的用于燃料电池系统的排空设备及其方法，能够以可靠的方式去除残留在该系统中的可燃气体和冷凝水。

Description

燃料电池系统及其排空方法

技术领域

本发明涉及燃料电池系统及其对该系统的排空方法，该燃料电池系统包括用于排空来自燃料供应管线的未反应的可燃气体的排空设备。

发明背景

最近，燃料电池系统作为高效能量转换设备已经倍受瞩目。

已经运行或者正在研究和开发一些类型的燃料电池系统。在这些系统中，利用质子作为电解质的质子交换膜燃料电池系统具有小型的结构，此外，这种系统还确保了高功率密度，并且能够以简单系统的形式运行，这样就引起人们的注意，不仅将其用作固定分布的电池，而且还将其用作航空、车辆和家用的电源。

这种倍受瞩目的燃料电池系统、特别是质子交换膜燃料电池系统具有一个包括燃料电池主体1、燃料重整装置2和排空管线的结构，如图13所示。

燃料电池主体1设置有膜电极复合体，在该膜电极复合体中，质子导电固体聚合物膜4c例如被保持在具有催化层的气体扩散电极4之间。用作集流器的隔板5a，5b以层叠状态交替地设置在该膜电极复合体的两个外侧上，隔板5a，5b具有气体供应凹槽并且由低气体渗透性的材料形成。

气体扩散电极4在其一侧上设置有燃料电极4a，在另一侧上设置有氧化电极(空气电极)4b。主要含氢的燃料气体和空气通过隔板5a，5b的气体供应凹槽分别供应到这些电极中。

在此阶段，从氧化电极4b产生的氧离子穿过固体聚合物膜4c以与燃料电极4a中的氢反应，由此放出电子。这样所放出的电子用作直流电源。

从碳氢燃料(例如城市煤气)中生成主要含氢的燃料气体的燃料重整装置2通过采用催化剂使城市煤气进行化学反应、利用加氢脱硫(例如向其中加入蒸汽)从城市煤气中除去其中所含的硫，将碳氢燃料重整为主要含氢的燃料气体。

设置有惰性气体(例如，氮)供应设备6和惰性气体阀7的排空管线3连接到燃料供应管线8的燃料阀10的下游侧。排空管线3借助于通过惰性气体阀7从惰性气体供应设备6供应的惰性气体以及通过排气管道9从该系统向外部释放废气，来排空在上述直流电源产生的过程中产生的甚至在工作终止之后仍然遗留在燃料电池主体1、燃料重整装置2和燃料供应管线8中的冷凝水和未反应的氢气。

在常规燃料电池系统中，以此方式进行排空操作以便应付由于未反应的氢引起的爆炸事件和由冷凝水造成的腐蚀。

在如图13所示的常规燃料电池系统中，考虑到由于来自燃料供应线路的未反应物质造成的剩余可燃气体的易爆炸性、由剩余的冷凝水造成的设备的腐蚀和对覆盖在设备上的催化剂的破坏、以及由氧化气体造成的催化剂的氧化而引起的失活，当操作停止时利用惰性气体(例如氮)进行排空操作，以便从该系统向外排空可燃气体和冷凝水。

然而，惰性气体(例如，惰性气体)供应设备具有系统上复杂的结构、大尺寸、增加的成本和增加的运行成本，以及还需要许多附加设备，这样造成了多种不便和问题。

需要氮供应设备的燃料电池系统已经很难适于家用，因此形成了应用于或普及到家庭的障碍。

鉴于这些情况，本发明的目的是提供一种包括排空设备的燃料电池系统及其排空方法，该排空设备以简单的结构和易操作的方式可靠地去除残留在系统中的燃烧气体和冷凝水。

发明内容

为了实现上述目的，根据本发明的燃料电池系统包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线、以及排空管线，该排空管线连接到燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。

根据本发明的燃料电池系统的优选实施方式，上述蒸汽供应线路装配有蒸汽阀和蒸汽储存器。

上述蒸汽阀包括设定阀打开/关闭时间的定时电路。

上述燃料电池主体可设置有电池电压检测器。

上述空气供应线路装配有鼓风机和空气阀。

上述空气阀包括设定阀打开/关闭时间的定时电路。

上述空气供应管线的鼓风机和空气阀可设置定时电路，该电路设定将蒸汽转化为冷凝水所需的先前测量的时间周期。

此外，还可设置有间歇信号发生器，该发生器间歇地打开或关闭空气阀以及间歇地使鼓风机工作。

此外，根据本发明，设置有燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；一氧化碳转化器(转换器)和一氧化碳选择氧化装置；以及排空管线，该管线连接到燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置之每个设置有与蒸汽供应管线相结合的温度检测器。

燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置每个设置有与空气供应管线相联系的温度检测器。

燃料重整装置、一氧化碳转化器、一氧化碳选择氧化装置和燃料电池主体每个可设置有温度检测器，燃料电池主体还可以包括电池电压检测器，以及可设置有用于监测温度检测器和电池电压检测器的异常状态的监测装置。

此外，根据本发明，设置有燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；以及排空管线，该管线连接到燃料重整装置，燃料重整装置包括燃烧物燃烧室、以及燃烧物燃烧室-排气管线和排空释放管线。

上述燃烧物燃烧室-排气管线可包括连接到燃料供应管线的燃料阀出口侧的排气管道和设在该排气管道中的排气阀。

上述排空释放管线可包括连接到燃料重整装置的排空-释放管道和设置在排空-释放管道中的排空-释放阀。

上述排空-释放管道可通过排空开关阀连接到燃料电池主体，以及设置有旁通阀的燃料旁通管线连接到排空-释放管道。

此外，根据本发明，设置有燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；以及排空管线，该管线连接到燃料重整装置并且包括空气供应管线，空气供应管线包括空气阀和鼓风机，以及设置在空气阀和鼓风机之间的氮隔膜。

此外，为了达到上述目的，提供了用于燃料电池系统的本发明的排空方法，该方法包括步骤：通过利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线以及连接到燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统，对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作；首先用蒸汽对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线进行排空操作；以及然后用空气对它们进行排空操作。

根据上述方法的优选实施方式，通过预先测量当可燃气体在安全性方面减少至没有问题的水平时燃料电池主体的电池电压值以及当该电池电压值达到预先测量值时关闭蒸汽阀以终止排空操作，从而执行利用蒸汽的排空操作。

上述燃料电池系统还可包括一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；利用蒸汽的排空操作可通过以下方式进行：当燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置各自的温度最小值接近于蒸汽的冷凝温度时，通过关闭蒸汽阀以终止排空操作。

可通过下述方式进行利用蒸汽的排空操作：通过预先测量当可燃气体在安全性方面降低至没有问题的水平时的燃料电池主体的电池电压值以及利用其测量时间来关闭蒸汽阀以终止排空操作。

燃料电池系统还可以包括一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；以及通过预先测量燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置各自的温度最小值接近于蒸汽的冷凝温度所需要的时间周期；利用其测量时间驱动鼓风机；以及打开空气阀以起动排空操作，从而执行利用空气的排空操作。

通过预先测量将位于燃料重整装置的催化剂上的水蒸汽转化为冷凝水所需要的时间周期；利用其测量时间来驱动鼓风机；以及打开空气阀以起动排空操作，从而执行利用空气的排空操作。

在对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作时，步骤可包括：首先利用蒸汽对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线进行排空操作；然后利用空气对它们进行排空操作；以及然后对它们进行间歇的排空操作，其中空气阀间歇地打开或关闭以及鼓风机间歇地工作。

此外，根据本发明，提供一种燃料电池系统的排空方法，该方法包括步骤：利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线、一氧化碳转化器、一氧化碳选择氧化装置和连接到燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统；然后利用蒸汽、接着用空气使燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线经受排空操作；在利用蒸汽的排空操作和利用空气的排空操作的任一过程中监测分别设置在燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置中的温度检测器的异常状态；在识别出温度检测器的异常状态时停止排空操作；以及在解决了异常状态的问题之后利用蒸汽和空气再进行排空操作。

此外，根据本发明，提供一种用于燃料电池系统的排空方法，其中，通过使燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线进行排空操作，通过利用残留在燃料重整装置的燃烧物燃烧室中的气体进行排空操作。

此外，根据本发明，提供一种用于燃料电池系统的排空方法，该方法包括步骤：通过利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线、和连接到燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统；然后对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作；将燃料和空气供应到燃料重整装置的燃烧物燃烧室中以产生燃烧气体；以及利用所产生的燃烧气体进行排空操作。

附图的简要说明

图1是用于描述根据本发明的第一实施例的示意性系统图。

图2是用于描述根据本发明的第二实施例的示意性系统图。

图3是用于描述根据本发明的第三实施例的示意性系统图。

图4是用于描述根据本发明的第四实施例的示意性系统图。

图5是用于描述根据本发明的第五实施例的示意性系统图。

图6是用于描述根据本发明的第六实施例的示意性系统图。

图7是用于描述根据本发明的第七实施例的示意性系统图。

图8是用于描述根据本发明的第八实施例的示意性系统图。

图9是用于描述根据本发明的第九实施例的示意性系统图。

图10是用于描述根据本发明的第十实施例的示意性系统图。

图11是用于描述根据本发明的第十一实施例的示意性系统图。

图12是状态线的示意图，表示当利用燃料电池系统、以蒸汽进行排空操作和以空气进行排空操作时，在终止燃料电池主体的操作之后将可燃气体减少至安全没有问题的水平时的电池电压值所需的时间周期以及在终止了其操作之后将燃料重整装置的催化剂温度最小化以接近于冷凝温度所需的时间周期。

图13是表示常规燃料电池系统的示意性系统图。

本发明的最佳实施方式

参考附图和其中所示的附图标记，下面描述根据本发明的燃料电池系统的排空设备和排空方法的实施方式。

图1是表示根据本发明的第一实施例的示意性系统图。

在本发明的实施方式中，排空管线14设置在燃料电池主体11、燃料重整装置12和燃料供应管线13中。

 燃料电池主体11设置有膜电极复合体，例如在该膜电极复合体中，质子导电固体聚合物膜5c保持在具有催化层的气体扩散电极15之间。用作集流器的隔板16a，16b以层叠的状态交替性地放置在该膜电极复合体的两个外侧上，隔板16a，16b具有气体供应凹槽并且由具有低气体渗透性的材料形成。

气体扩散电极15在其一侧上设置有燃料电极15a，在其另一侧上设置有氧化电极(空气电极)15b。将主要含有氢的燃料气体和空气通过隔板16a，16b的气体供应凹槽分别供应到这些电极中。

在此阶段，由氧化电极15b产生的氧离子经过固体聚合物膜15c以与燃料电极15a中的氢反应，从而放出电子。这样所放出的电子用作直流电源。

从碳氢燃料(例如城市煤气)中生成主要含氢的燃料气体的燃料重整装置12通过采用催化剂使城市煤气进行化学反应、利用加氢脱硫(例如向其中加入蒸汽)、从城市煤气中除去其中所含的硫，将碳氢燃料重整为主要含氢的燃料气体。

排空管线14设置有蒸汽供应管线18和空气供应管线19，蒸汽供应管线18和空气供应管线19连接到燃料供应管线13的燃料阀17的下游侧。在本发明的实施例中，燃料供应管线13是设置在燃料电池主体11和燃料重整装置12之间的管道。在本发明的实施例中，在燃料重整装置12、燃料主体11和燃料供应管线13中需要排空操作。

蒸汽供应管线18包括蒸汽阀20和用于收集例如蒸汽的蒸汽储存器21。蒸汽储存器21例如可以是蒸汽/液体分离器，用于分离由燃料电池主体11的燃料电极15a中产生的废气中所含的蒸汽。

空气供应线路19包括空气阀22和鼓风机23。

现在，以下描述对于燃料电池主体11、燃料重整装置12和燃料供应管线13的排空方法。

燃料电池系统首先打开蒸汽阀20，在完成该操作之后，将来自蒸汽储存器21的蒸汽通过蒸汽供应管线18和燃料供应管线13提供给燃料重整装置12和燃料电池主体11，从而排空燃料气体，例如未反应的氢，并且通过燃料重整装置12的排气管道24将废气从该系统释放到外部。

然后，本发明实施例的燃料电池系统打开空气阀22并驱动鼓风机23供应空气，从而排空仍残留在燃料重整装置12、燃料供应管线13和燃料电池主体11中的冷凝水，并且通过排气管道24将废气从该系统释放到外部。

根据本发明的实施例，将蒸汽供应到燃料电池主体11、燃料重整装置12和燃料供应管线13的每一个以排空燃料气体，例如残留在这些设备中的未反应的氢，然后利用空气排空残留在系统中的冷凝水。因此，可以简化设备并以可靠的方式去除未反应的燃料气体和冷凝水，这样提供了燃料电池系统的安全性和可靠操作。

图2是用于描述根据本发明第二实施例的示意性系统图。与第一实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，在燃料电池主体11中设置电池电压检测器25，用以检测仍残留在燃料电池主体11中的未反应燃料气体(例如氢气)的值，由此识别出未反应燃料气体的量减少至在安全性方面没有问题的水平的事实。当电池电压检测器25检测出预定值时，可以将利用蒸汽的未反应燃料气体的排空操作切换至利用空气的冷凝水的排空操作。其它结构特点与第一实施例的相同，因此省略了对它们的描述。

根据本发明的此实施例，在燃料电池主体11的电池电压检测器25识别出电池电压值降低至在可燃气体的安全性方面没有问题的水平的事实之后，将利用蒸汽的未反应燃料气体的排空操作切换至利用空气的冷凝水的排空操作。因此能够以可靠的方式去除未反应的燃料气体，这样保证了燃料电池系统安全可靠的工作。

图3是用于描述根据本发明的第三实施例的示意性系统图。与第一实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，一氧化碳转化器(转换器)27和一氧化碳选择氧化装置28设置在燃料重整装置12和燃料电池主体11之间。在由设置在燃料重整装置12中的温度检测器26a、设置在一氧化碳转化器27中的温度检测器26b和设置在一氧化碳选择氧化装置28中的温度检测器26c检测出的温度最小值接近于蒸汽的凝结温度时，关闭蒸汽阀20以终止利用蒸汽对未反应燃料气体的排空操作。其它结构特征与在第一实施例中的那些相同，因此省略了对它们的描述。

在本发明的此实施例中，一氧化碳转化器27是将在燃料重整装置12中产生的一氧化碳转换为二氧化碳的反应器。特别是，在质子交换膜燃料电池中CO的浓度必须降低到小于常规的磷酸型燃料电池中的浓度，仅一氧化碳转化器是不够的。鉴于此事实，一氧化碳选择氧化装置28是更显著的降低CO浓度的反应器。这些反应器在用作管道的燃料供应管线13中彼此单独地设置。因此，在其中它们结合的例子中，可以说必须进行在燃料重整装置12、燃料电池主体11、一氧化碳转化器27、一氧化碳选择氧化装置28和燃料供应管线13中的排空操作。

在本发明的此实施例中，在将利用蒸汽的未反应燃料气体的排空操作切换至利用空气的冷凝水的排空操作时，识别分别设置在燃料重整装置12、一氧化碳转化器27和一氧化碳选择氧化装置28的温度检测器26a，26b，26c的最小值接近于蒸汽的凝结温度，然后关闭蒸汽阀20以终止利用蒸汽对未反应燃料气体的排空操作。因此可以以可靠的方式去除未反应的燃料气体，这样保证了燃料电池系统安全可靠的工作。

图4是用于描述根据本发明第四实施例的示意性系统图。与第一实施例相同结构元件具有相同的附图标记。

在图4和12所示的本发明的此实施例中，在停止了燃料电池主体11的操作之后，设置在燃料电池主体11中的电池电压检测器25预先测量电池电压值降低至在可燃气体的安全性方面没有问题的水平所需的时间周期，将电池电压达到如前面所测量的上述值所需的时间周期设定在第一定时电路29中，第一定时电路29设置在蒸汽阀21中以便根据所设定的时间打开蒸汽阀21，另一方面，用于根据当上述催化剂温度的最小值与蒸汽的凝结温度相一致时的时间打开阀的阀开启时间设置在第二定时电路30中，该第二定时电路30设置在空气阀22中，以便根据催化剂温度的最小值与蒸汽的凝结温度相一致时的时间打开空气阀22。其它结构特征与第一实施例中的那些相同，因此省略了对它们的描述。

根据本发明的此实施例，从燃料电池主体11停止到阀打开的时间周期和从主体11停止到阀关闭的时间周期分别设置在设在蒸汽阀21中的第一定时电路29中和设在空气阀22中的第二定时电路30中，以便于打开蒸汽阀21以利用蒸汽排空未反应的燃料气体，然后打开空气阀22以利用空气排空冷凝水。因此可以以可靠的方式除去未反应的燃料气体和冷凝水，这样保证了燃料电池系统安全可靠的工作。

图5是用于描述根据本发明第五实施例的示意性系统图。与第一和第三实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，当设置在燃料重整装置12中的温度检测器26a、设置在一氧化碳转化器27的温度检测器26b和设置在一氧化碳选择氧化装置28中的温度检测器26c各自的温度最小值接近于蒸汽的凝结温度时，驱动鼓风机23，打开空气阀22，从而开始利用空气的冷凝水的排空操作。其它结构特征与第一实施例的那些相同，因此省略了对它们的描述。

根据本发明的实施例，当把利用蒸汽对未反应燃料气体的排空操作切换至利用空气对冷凝水的排空操作时，在分别识别出设在燃料重整装置12、一氧化碳转化器27和一氧化碳选择氧化装置28中的温度检测器26a，26b，26c、的温度最小值的情况之后，开始进行利用空气的冷凝水的排空操作。因此能够以可靠的方式去除未反应的燃料气体，这样保证了燃料电池系统安全可靠的工作。

图6是用于描述根据本发明的第六实施例的示意性系统图。与第一实施例相同的结构元件具有相同的参考标记。

在本发明的此实施例中，可以看出，在设备(例如燃料重整器12)中温度向预定温度的改变使设备中的蒸汽转化为冷凝水，特别是燃料重整装置的催化剂温度向最小值的降低生成了冷凝水。这里存在预先测量的时间周期，在该周期，燃料重整装置12中的温度在燃料电池主体12停止之后达到预定温度，从而将位于催化剂之上的蒸汽转化为冷凝水。由此测量的时间周期设置在第三定时电路31中，该第三定时电路31设置在在鼓风机23和空气阀22中，以及在从燃料电池主体11的运行停止开始的上述测量的时间周期过去之后，第三定时电路31转向“ON”，从而驱动鼓风机23并打开空气阀22，这样开始利用空气对冷凝水的排空操作，如图6和12所示。其它结构特征与第一实施例的那些相同，因此省略了对它们的描述。

根据本发明的此实施例，当从用蒸汽对未反应的燃料气体的排空操作切换到利用空气对冷凝水的排空操作时，例如当在燃料重整装置31中的蒸汽转化为冷凝水时，定时电路31转向“ON”，以驱动鼓风机23并打开空气阀22，这样开始利用空气的冷凝水的排空操作。因此可以以可靠的方式去除未反应的燃料气体，从而保证了燃料电池系统的安全可靠的工作。

图7是用于描述根据本发明第七实施例的示意性系统图。与第一实施例相同的结构组件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，可以看出，在用蒸汽对未反应的燃料气体进行排空操作和随后用空气对冷凝水进行排空操作之后，残留在燃料重整装置12中的催化剂中的蒸汽转化为冷凝水，鼓风机23间歇地工作，空气阀22间歇的打开或关闭。

由间歇信号发生器32提供间歇工作信号，用于间歇地操作鼓风机23并间歇地打开或关闭空气阀22。其它结构特征与第一实施例中的那些相同，因此省略了对它们的描述。

根据本发明的此实施例，可以防止在用蒸汽对未反应的燃料气体的排空操作和随后用空气对冷凝水的排空操作之后残留在燃料电池重整装置12中的催化剂中的蒸汽转化为冷凝水，间歇信号提供给鼓风机23使其进行间歇工作，间歇地打开或关闭信号供应到空气阀22以执行间歇的打开或关闭操作，从而将间歇的空气压力施加于冷凝水。这样，以可靠的方式去除未反应燃料气体，从而保证燃料电池系统安全可靠的工作。

图8是用于描述根据本发明第八实施例的示意性系统图。与第一和第三实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，在用蒸汽对未反应的燃料气体的排空操作和用空气对冷凝水的排空操作之任意一项操作中，监视装置33监视设置在燃料重整装置12中的温度检测器26a、设置在一氧化碳转化器27中的温度检测器26b、设置在一氧化碳选择氧化装置28中的温度检测器26c、设置在燃料电池主体11中的温度检测器26d、以及电池电压检测器25，当识别出由于它们中的至少一个出现非正常情况而引起了故障时，排除这种故障，然后，重复进行用蒸汽对未反应的燃料气体的排空操作和用空气对冷凝水的排空操作的至少一项操作。甚至当剩余的可燃气体和排空的空气可能引起在催化剂层中发生燃烧反应的时候，在各个温度检测器26a-26d中提供监测装置33可以检测出通过催化层过度增加的温度在各个温度检测器26a-26d中的故障。

根据本发明的此实施例，通过借助监测装置33监测各温度检测器26a-26d，可提供可靠的故障监测，以便于重复进行用蒸汽的未反应燃料气体的排空操作和用空气的冷凝水的排空操作的至少一个，这样保证了燃料电池系统安全可靠的工作。

图9是用于描述根据本发明第九实施例的示意性系统图。与第一实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，燃料重整装置12设置有燃烧物燃烧室34，以便利用残留在燃烧物燃烧室34中的并认作为惰性气体的气体排空留在燃料电池主体11的燃料电极15a中的冷凝水。在燃料电池系统的操作停止之后，首先打开空气阀33，打开在燃烧物燃烧室废气管道35中的燃烧物燃烧室废气阀36，该燃烧物燃烧室排气管道35从排气管道24分支并连接到燃料供应管线13的燃料阀17的出口侧；打开在排空-释放管道37中的排空-释放阀38；关闭在排气管道24中的排气阀39；然后驱动鼓风机23，从而将燃烧物燃烧室34中的认作为惰性气体的气体提供到燃烧物燃烧室排气阀36、燃料供应管线13和燃料电池主体11的燃料电极15a，以便将残留在燃料电极15a中的冷凝水通过排空-释放阀38从该系统释放到外部。

根据本发明的此实施例，通过残留在燃料重整装置12的燃烧物燃烧室34中并认作为惰性气体的气体，把残留在燃料电池主体11的燃料电极15a中的冷凝水从该系统向外部排出，。因此能够相对容易的以低成本把残留在燃料电极15a中的冷凝水进行从该系统中向外部的排出，而无需特别地利用惰性气体。

图10是用于描述根据本发明第十实施例的示意性系统图。与第一和第九实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，鉴于下述事实：把来自燃料供应管线13的燃料和来自空气供应路径19的空气提供到燃烧物燃烧室34，产生燃烧气体，其被认为是惰性气体，因此排空了残留在燃料电池主体11的燃料电极15a中的冷凝水，并且在燃料电池系统的操作停止之后首先打开燃料旁通管线40中的旁通阀41。然后打开空气阀22；打开从排气气管道24中分支出来并连接到燃料供应管线13的燃料阀17的出口侧的燃烧物燃烧室排气管道35中的燃烧物燃烧室排气阀36；打开在排空-释放管道37中的排空-释放阀38；关闭排空开关阀42和在排气管道24中的排气阀39；然后，驱动鼓风机23，利用由鼓风机23向燃烧物燃烧室34提供的空气和由燃料旁通线路40向燃烧物燃烧室34提供的燃料，生成被认为是惰性气体的燃烧气体；以便将由此产生的燃烧废气提供给燃烧物燃烧室排气阀36、燃料供应管线13和燃料电池主体11的燃料电极15a，从而通过排空-释放阀38把残留在燃料电极15a中的冷凝水从系统中排出到外部。

根据本发明的此实施例，在燃料重整装置12的燃烧物燃烧室34中生成被认为是惰性气体的燃烧气体，通过由此产生的燃烧气体从系统中向外部排空残留在燃料电极15a中的冷凝水。因此，在无需专门利用惰性气体的情况下，可以容易地以低成本从系统中向外部排出残留在燃料电极15a中的冷凝水。

图11是用于描述根据本发明第十一实施例的示意性系统图。与第一实施例相同的结构元件具有相同的附图标记。

在本发明的此实施例中，在空气供应系统19中的空气阀22的入口侧设置氮隔膜43。氮隔膜43仅从空气中提取氮，用以提供氮的压力，从而从系统中向外部排空残留在燃料电池主体11的燃料电极15a中的冷凝水。

根据本发明的此实施例，借助氮隔膜43、通过从空气中提取的氮，把残留在燃料电极15a中的冷凝水排出到外部。因此，在无需专门采用惰性气体的条件下，可以以低成本从该系统中向外部排出存留在燃料电极15a中的冷凝水。

工业实用性

根据如上所述的本发明的燃料电池系统的排空设备及其方法，提供排空管线，该排空管线从燃料供应管线分支出来并包括蒸汽供应管线和空气供应管线两条管线，以便从蒸汽供应管线提供蒸汽到燃料供应管线、燃料重整管线和燃料电池主体，从而把存留在系统中的可燃气体中排出到外部，然后，从空气供应管线提供空气到燃料供应管线及其它管线，从而把存留在系统中的冷凝水排出到外部。因此可以简化设备并以可靠的方式去除未反应的燃料气体和冷凝水，这样提供燃料电池系统安全可靠的工作。

Claims (27)

1.一种燃料电池系统，包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在该燃料电池主体和该燃料重整装置之间的燃料供应管线、以及排空管线，该排空管线连接到该燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。

2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述蒸汽供应管线包括蒸汽阀和蒸汽储存器。

3.根据权利要求2的燃料电池系统，其中所述蒸汽阀包括设定阀打开/关闭时间的定时电路。

4.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述燃料电池主体设置有电池电压检测器。

5.根据权利要求1的燃料电池系统，其中所述空气供应管线包括鼓风机和空气阀。

6.根据权利要求5的燃料电池系统，其中所述空气阀包括设定阀打开/关闭时间的定时电路。

7.根据权利要求5的燃料电池系统，其中该空气供应管线的该鼓风机和该空气阀设置有定时电路，该定时电路设定将蒸汽转化为冷凝水所需的预先测量的时间周期。

8.根据权利要求5的燃料电池系统，其中设置有间歇信号发生器，该发生器间歇地打开或关闭该空气阀以及间歇地使该鼓风机工作。

9.一种燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；设置在该燃料供应管线中的一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；以及排空管线，该排空管线连接到该燃料重整装置并且包括蒸汽供应管线和空气供应管线。

10.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置的每个都设置有与该蒸汽供应管线相结合的温度检测器。

11.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述燃料重整装置、一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置的每个都设置有与该空气供应管线相结合的温度检测器。

12.根据权利要求9的燃料电池系统，其中所述燃料重整装置、一氧化碳转化器、一氧化碳选择氧化装置和燃料电池主体的每个都设置有温度检测器，所述燃料电池主体还包括电池电压检测器，以及设置有用于监测该温度检测器和该电池电压检测器的异常状态的监测装置。

13.一种燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；以及排空管线，该排空管线连接到该燃料重整装置，该燃料重整装置包括燃烧物燃烧室、以及燃烧物燃烧室-排气管线和排空释放管线。

14.根据权利要求13的燃料电池系统，其中所述燃烧物燃烧室-排气管线包括连接到该燃料供应管线的燃料阀出口侧的排气管道和设在该排气管道中的排气阀。

15.根据权利要求13的燃料电池系统，其中所述排空释放管线包括连接到该燃料重整装置的排空-释放管道和设置在该排空-释放管道中的排空-释放阀。

16.根据权利要求13的燃料电池系统，其中所述排空-释放管道通过排空开关阀连接到该燃料电池主体，以及设置有旁通阀的燃料旁通管线连接到该排空-释放管道。

17.一种燃料电池系统，该系统包括：燃料电池主体；燃料重整装置；设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线；以及排空管线，该排空管线连接到该燃料重整装置并包括空气供应管线，该空气供应管线包括空气阀和鼓风机，以及设置在该空气阀和该鼓风机之间的氮隔膜。

18.一种用于燃料电池系统的排空方法，该方法包括步骤：通过利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线以及连接到燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统，对该燃料重整装置、该燃料电池主体和该燃料供应管线进行排空操作；首先用蒸汽对该燃料重整装置、该燃料电池主体和该燃料供应管线进行排空操作；然后用空气对它们进行排空操作。

19.根据权利要求18的用于燃料电池系统的排空方法，其中通过预先测量当可燃气体在安全性方面减少至没有问题的水平时该燃料电池主体的电池电压值以及当该电池电压值达到预先测量值时关闭蒸汽阀以终止排空操作，从而执行利用蒸汽的排空操作。

20.根据权利要求18的用于燃料电池系统的排空方法，其中该燃料电池系统还包括一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；以及当该燃料重整装置、该一氧化碳转化器和该一氧化碳选择氧化装置的温度最小值接近于蒸汽的冷凝温度时，通过关闭蒸汽阀以终止排空操作，从而执行利用蒸汽的排空操作。

21.根据权利要求18的用于燃料电池系统的排空方法，其中通过预先测量当可燃气体减少降低至在安全性方面没有问题的水平时的燃料电池主体的电池电压值以及利用其测量时间来关闭蒸汽阀以终止排空操作，从而执行利用蒸汽的排空操作。

22.根据权利要求18的用于燃料电池系统的排空方法，其中燃料电池系统还包括一氧化碳转化器和一氧化碳选择氧化装置；以及通过预先测量该燃料重整装置、该一氧化碳转化器和该一氧化碳选择氧化装置的温度最小值接近于蒸汽的冷凝温度的时间周期，利用其测量时间来驱动鼓风机，以及打开空气阀以起动排空操作，从而执行利用空气的排空操作。

23.根据权利要求18的用于燃料电池系统的排空方法，其中通过预先测量将附着在燃料重整装置的催化剂上的水蒸汽转化为冷凝水所需要的时间周期，利用其测量时间来驱动鼓风机，以及打开空气阀以起动排空操作，从而执行利用空气的排空操作。

24.一种用于燃料电池系统的排空方法，包括步骤：通过利用包括燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线的燃料电池系统，对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作；首先利用蒸汽对该燃料重整装置、该燃料电池主体和该燃料供应管线进行排空操作；然后利用空气对它们进行排空操作；以及然后对它们进行间歇的排空操作，其中空气阀间歇地打开或关闭，以及鼓风机间歇地工作。

25.一种用于燃料电池系统的排空方法，该方法包括步骤：通过利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线、一氧化碳转化器、一氧化碳选择氧化装置和连接到该燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统，利用蒸汽、接着用空气对燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应线路进行排空操作；在利用蒸汽的排空操作和利用空气的排空操作的任一操作中监测分别设置在该燃料重整装置、该一氧化碳转化器和该一氧化碳选择氧化装置中的温度检测器的异常状态；在识别出温度检测器的异常状态时停止排空操作；以及在解决了异常状态的问题之后利用蒸汽、然后利用空气再次执行排空操作。

26.一种用于燃料电池系统的排空方法，其中在使燃料重整装置、燃料电池主体和燃料供应管线进行排空操作时执行排空操作，通过利用残留在燃料重整装置的燃烧物燃烧室中的气体以执行该排空操作。

27.一种用于燃料电池系统的排空方法，该方法包括步骤：通过利用包括燃料电池主体、燃料重整装置、设置在燃料电池主体和燃料重整装置之间的燃料供应管线、和连接到燃料重整装置的排空管线的燃料电池系统；对该燃料重整装置、该燃料电池主体和该燃料供应管线进行排空操作；将燃料和空气供应到该燃料重整装置的燃烧物燃烧室中以产生燃烧气体；以及利用所产生的燃烧气体执行该排空操作。

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