RU2012107343A - Система топливного элемента и способ ее управления - Google Patents

Система топливного элемента и способ ее управления Download PDF

Info

Publication number
RU2012107343A
RU2012107343A RU2012107343/07A RU2012107343A RU2012107343A RU 2012107343 A RU2012107343 A RU 2012107343A RU 2012107343/07 A RU2012107343/07 A RU 2012107343/07A RU 2012107343 A RU2012107343 A RU 2012107343A RU 2012107343 A RU2012107343 A RU 2012107343A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
cathode
heating gas
combustion chamber
temperature
Prior art date
Application number
RU2012107343/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2504052C2 (ru
Inventor
Кадзуфуми ТАКЕУТИ
Тацуя ЯГУТИ
Original Assignee
Ниссан Мотор Ко., Лтд.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ниссан Мотор Ко., Лтд. filed Critical Ниссан Мотор Ко., Лтд.
Publication of RU2012107343A publication Critical patent/RU2012107343A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2504052C2 publication Critical patent/RU2504052C2/ru

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04225—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04223—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids during start-up or shut-down; Depolarisation or activation, e.g. purging; Means for short-circuiting defective fuel cells
    • H01M8/04268—Heating of fuel cells during the start-up of the fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/043—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods
    • H01M8/04302—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems applied during specific periods applied during start-up
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04335—Temperature; Ambient temperature of cathode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04343—Temperature; Ambient temperature of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/0435—Temperature; Ambient temperature of cathode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402—Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04708—Temperature of fuel cell reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04701—Temperature
    • H01M8/04738—Temperature of auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/1231—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • H01M8/1246—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte the electrolyte consisting of oxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H01M8/2425—High-temperature cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • H01M2300/0068—Solid electrolytes inorganic
    • H01M2300/0071—Oxides
    • H01M2300/0074—Ion conductive at high temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

1. Система топливного элемента, содержащая:- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этомсистема дополнительно содержит:- вторую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в анод топливного элемента; и- второй обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью подавать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, так что выпускаемый газ из катода смешивается с обогревающим газом второй камеры сгорания, так что смешанный газ из выпускаемого газа и обогревающего газа второй камеры сгорания подается в анод.2. Система по п.1, в которой второй обратный канал для обогревающего газа выполнен так, что выпускаемый газ, подаваемый обратно в анод, является только частью общего объема выпускаемого обогревающего газа, выпускае�

Claims (12)

1. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом
система дополнительно содержит:
- вторую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в анод топливного элемента; и
- второй обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью подавать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, так что выпускаемый газ из катода смешивается с обогревающим газом второй камеры сгорания, так что смешанный газ из выпускаемого газа и обогревающего газа второй камеры сгорания подается в анод.
2. Система по п.1, в которой второй обратный канал для обогревающего газа выполнен так, что выпускаемый газ, подаваемый обратно в анод, является только частью общего объема выпускаемого обогревающего газа, выпускаемого из катода.
3. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая:
- второй модуль измерения расхода выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять расход выпускаемого газа, подаваемого в анод посредством второго обратного канала для обогревающего газа;
- второй модуль измерения температуры выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять температуру выпускаемого газа, подаваемого в анод посредством второго обратного канала для обогревающего газа; и
- второй модуль задания расхода, выполненный с возможностью задавать расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых во вторую камеру сгорания, так что соотношение пара к углероду выпускаемого газа и температура выпускаемого газа, подаваемого в анод, достигают предварительно определенных значений на основе расхода, измеренного посредством второго модуля измерения расхода выпускаемого обогревающего газа, и температуры, измеренной посредством второго модуля измерения температуры выпускаемого обогревающего газа.
4. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом система дополнительно содержит:
- установку для риформинга, выполненную с возможностью подавать водородосодержащий газ и кислородсодержащий газ в топливный элемент;
- дополнительный обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью подавать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, в установку для риформинга.
5. Система по п.4, дополнительно содержащая:
- теплообменник, выполненный с возможностью обмениваться теплом с установкой для риформинга;
- третью камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в теплообменник через канал подачи обогревающего газа, подсоединенный для протекания текучих сред между третьей камерой сгорания и теплообменником.
6. Система по п.4 или 5, дополнительно содержащая:
- второй модуль задания расхода, выполненный с возможностью задавать расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых в установку для риформинга, так что соотношение пара к углероду топливного газа и температура топливного газа, подаваемого в анод, достигают предварительно определенных значений на основе расхода и температуры выпускаемого газа, подаваемого в установку для риформинга.
7. Система по п.6, дополнительно содержащая:
- модуль определения рабочей температуры, выполненный с возможностью определять то, достигает или нет температура установки для риформинга рабочей температуры установки для риформинга;
- модуль задания расхода установки для риформинга, выполненный с возможностью задавать скорость, на которой выпускаемый газ протекает в установку для риформинга, на основе температуры установки для риформинга, определенной посредством модуля определения рабочей температуры, и доставляемого объема выпускаемого газа, выпускаемого из катода и протекающего в установку для риформинга, после определения того, что температура установки для риформинга достигает рабочей температуры установки для риформинга; и
- модуль подачи газа в установку для риформинга, выполненный с возможностью подавать выпускаемый газ в установку для риформинга при заданном расходе.
8. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом
система дополнительно содержит:
- первый модуль измерения температуры выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять температуру выпускаемого газа, протекающего через первый обратный канал для обогревающего газа;
- первый модуль измерения расхода выпускаемого обогревающего газа, выполненный с возможностью измерять расход выпускаемого газа, протекающего через первый обратный канал для обогревающего газа;
- модуль задания расхода, выполненный с возможностью задавать расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа, подаваемых в первую камеру сгорания, так что обогревающий газ, подаваемый из первой камеры сгорания в катод, достигает предварительно определенной температуры, на основе расхода, измеренного посредством первого модуля измерения температуры выпускаемого обогревающего газа, и температуры, измеренной посредством первого модуля измерения расхода выпускаемого обогревающего газа; и
- модуль подачи топливного газа, выполненный с возможностью подавать водородосодержащий газ и кислородсодержащий газ в первую камеру сгорания при расходах, заданных посредством модуля задания расхода.
9. Система по п.8, дополнительно содержащая:
- модуль измерения температуры элемента, выполненный с возможностью измерять температуру топливного элемента;
- модуль задания температуры газа, выполненный с возможностью задавать температуру обогревающего газа, подаваемого из первой камеры сгорания в катод, на основе температур, измеренных посредством первого модуля измерения расхода выпускаемого обогревающего газа и модуля измерения температуры элемента;
- модуль определения температуры элемента, который определяет то, достигает или нет топливный элемент начальной рабочей температуры; и
- модуль переключения режима, выполненный с возможностью переключаться с режима повышения температуры на нормальный рабочий режим после определения того, что топливный элемент достигает начальной рабочей температуры.
10. Система по п.9, в которой модуль задания температуры газа выполнен с возможностью задавать температуру обогревающего газа, подаваемого из первой камеры сгорания, так, что она увеличивается со временем до целевой температуры.
11. Система топливного элемента, содержащая:
- топливный элемент, включающий в себя элемент с твердым электролитом с анодом и катодом, причем топливный элемент выполнен с возможностью вырабатывать энергию посредством реакции водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа;
- первую камеру сгорания, выполненную с возможностью избирательно подавать обогревающий газ в катод топливного элемента;
- первый обратный канал для обогревающего газа, выполненный с возможностью смешивать, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода, с обогревающим газом первой камеры сгорания, так что смешанный обогревающий газ из выпускаемого газа катода и обогревающего газа первой камеры сгорания подается в катод; и
- модуль подачи газа, соединенный с первым обратным каналом для обогревающего газа для подачи выпускаемого газа из катода так, что он смешивается с обогревающим газом первой камеры сгорания, при этом система дополнительно содержит:
- модуль измерения температуры подаваемого в катод газа, выполненный с возможностью измерять температуру смешанного обогревающего газа, подаваемого в катод; и
- модуль определения разности температур газов, выполненный с возможностью определять разность температур между смешанным обогревающим газом, подаваемым в катод, и выпускаемым газом, протекающим через первый обратный канал для обогревающего газа;
- модуль задания температуры газа, выполненный с возможностью задавать температуру обогревающего газа, подаваемого в катод из первой камеры сгорания, после определения того, что разность температур находится за пределами предварительно определенного диапазона, так что разность температур возвращается в предварительно определенный диапазон.
12. Способ повышения температуры твердооксидного топливного элемента, содержащий этапы, на которых:
- формируют обогревающий газ в первой камере сгорания, которая принимает водородосодержащий газ и кислородсодержащий газ;
- повторно распространяют по замкнутой системе, по меньшей мере, часть выпускаемого газа, выпускаемого из катода топливного элемента, обратно в катод посредством использования системы подачи газа, которая инструктирует выпускаемому газу смешиваться с обогревающим газом первой камеры сгорания и протекать через катод до того, как работа топливного элемента начинается, так что топливный элемент нагревается до рабочей температуры топливного элемента;
- измеряют температуру выпускаемого газа, рециркулирующего из катода, до смешения с обогревающим газом, выделяемым из первой камеры сгорания;
- задают расходы водородосодержащего газа и кислородсодержащего газа для первой камеры сгорания так, что обогревающий газ, выделяемый из первой камеры сгорания и подаваемый в катод, достигает предварительно определенной температуры; и
- подают топливо и кислородсодержащий газ при заданных расходах в первую камеру сгорания.
RU2012107343/07A 2009-07-30 2010-07-02 Система топливного элемента и способ ее управления RU2504052C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009-177746 2009-07-30
JP2009177746A JP5408420B2 (ja) 2009-07-30 2009-07-30 燃料電池システムとこの燃料電池システムに用いる燃料電池の昇温方法
PCT/IB2010/001628 WO2011012942A1 (en) 2009-07-30 2010-07-02 Fuel cell system and control method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012107343A true RU2012107343A (ru) 2013-09-10
RU2504052C2 RU2504052C2 (ru) 2014-01-10

Family

ID=43528821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012107343/07A RU2504052C2 (ru) 2009-07-30 2010-07-02 Система топливного элемента и способ ее управления

Country Status (8)

Country Link
US (2) US9406949B2 (ru)
EP (1) EP2460218B1 (ru)
JP (1) JP5408420B2 (ru)
CN (1) CN102473948B (ru)
BR (1) BR112012002079B1 (ru)
MX (1) MX343390B (ru)
RU (1) RU2504052C2 (ru)
WO (1) WO2011012942A1 (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009057130A1 (de) * 2009-12-08 2011-06-09 Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Verfahren zur Analyse der Zusammensetzung von Gasgemischen
JP5846537B2 (ja) * 2011-04-04 2016-01-20 日産自動車株式会社 固体酸化物型燃料電池システム
JP5825830B2 (ja) * 2011-04-21 2015-12-02 三菱日立パワーシステムズ株式会社 燃料電池システム
JP5948744B2 (ja) * 2011-07-07 2016-07-06 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法
JP6089421B2 (ja) * 2012-03-16 2017-03-08 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP6248376B2 (ja) * 2012-06-19 2017-12-20 日産自動車株式会社 固体酸化物型燃料電池システム
JP5982665B2 (ja) * 2012-10-30 2016-08-31 京セラ株式会社 燃料電池システム
CN106256038B (zh) * 2014-04-25 2019-07-09 康维恩公司 燃料电池系统及其操作状态启动过渡方法及关闭过渡方法
EP3227230B1 (en) * 2014-12-01 2020-01-01 SOLIDpower SA Sofc system and method of operating a sofc system
EP3291345A4 (en) * 2015-04-28 2018-07-25 Nissan Motor Co., Ltd. Fuel cell system
GB2541933B (en) * 2015-09-04 2017-11-22 Ceres Ip Co Ltd Temperature measuring method
CN106910912B (zh) 2015-12-18 2020-06-30 通用电气公司 燃料电池系统及其操作方法及燃料电池发电厂
CN106299425B (zh) * 2016-08-24 2019-02-15 广东工业大学 智能燃烧器加热的可移动固体氧化物燃料电池发电装置
DE102016220978A1 (de) * 2016-10-25 2018-04-26 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellenvorrichtung
WO2019035167A1 (ja) * 2017-08-14 2019-02-21 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの暖機方法
WO2019064539A1 (ja) * 2017-09-29 2019-04-04 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよび燃料電池システムの制御方法
US20190148752A1 (en) * 2017-11-13 2019-05-16 Lg Fuel Cell Systems Inc. Fuel cell stack temperature control
JP6709974B2 (ja) * 2018-05-15 2020-06-17 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電気化学装置および水素システム
AT521901B1 (de) * 2018-11-19 2020-10-15 Avl List Gmbh Verfahren zum Aufheizen eines Brennstoffzellensystems sowie Brennstoffzellensystem
JP7120445B2 (ja) * 2019-03-27 2022-08-17 日産自動車株式会社 燃料電池システム及び燃料電池システムの制御方法
WO2021078632A1 (en) * 2019-10-22 2021-04-29 Ceres Intellectual Property Company Limited A fuel cell system and tail gas burner assembly and method
CN113285088B (zh) * 2021-04-30 2022-09-20 西安交通大学 一种固体氧化物燃料电堆及其系统和应用
CN113299953B (zh) * 2021-05-20 2022-05-20 宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 燃料电池发电系统快速启动方法、装置、设备及存储介质
JP2023021608A (ja) * 2021-08-02 2023-02-14 東芝エネルギーシステムズ株式会社 電気化学システム
CN114566675B (zh) * 2022-02-21 2024-03-15 山东大学 一种中温固体氧化物燃料电池热管理系统及方法
CN118588978A (zh) * 2024-07-29 2024-09-03 广东电网有限责任公司广州供电局 固体氧化物燃料电池的启动方法、装置、计算机设备和存储介质

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2585210B2 (ja) * 1985-10-03 1997-02-26 株式会社日立製作所 燃料電池発電プラント
JPH03163761A (ja) * 1989-11-20 1991-07-15 Nkk Corp 固体電解質型燃料電池発電システム
JPH05144457A (ja) * 1991-11-15 1993-06-11 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電設備
JP3089784B2 (ja) * 1991-12-10 2000-09-18 石川島播磨重工業株式会社 溶融炭酸塩型燃料電池昇温制御方法
JPH0810601B2 (ja) * 1992-04-28 1996-01-31 溶融炭酸塩型燃料電池発電システム技術研究組合 溶融炭酸塩型燃料電池発電プラント
JP3208970B2 (ja) * 1993-12-10 2001-09-17 石川島播磨重工業株式会社 燃料電池の温度制御方法及び装置
US6077620A (en) * 1997-11-26 2000-06-20 General Motors Corporation Fuel cell system with combustor-heated reformer
JP3925756B2 (ja) 1998-02-24 2007-06-06 石川島播磨重工業株式会社 二重容器型燃料電池装置
JP2000243423A (ja) * 1999-02-22 2000-09-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池のパージ方法
JP2002093437A (ja) * 2000-09-12 2002-03-29 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 燃料電池発電設備
JP4487231B2 (ja) 2001-01-15 2010-06-23 カシオ計算機株式会社 発電モジュール、電源システム及びデバイス
MXPA02009333A (es) * 2001-01-24 2003-03-10 Casio Computer Co Ltd Sistema de suministro de energia, paquete de combustible que constituye el sistema, y dispositivo impulsado por un generador de energia y sistema de suministro de energia.
DE10161838A1 (de) * 2001-12-15 2003-07-03 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzellenanordnung
JP2004087350A (ja) * 2002-08-28 2004-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質燃料電池及び固体電解質燃料電池発電設備
US7291411B2 (en) * 2003-09-17 2007-11-06 General Motors Corporation Fuel cell shutdown and startup purge using a stoichiometric staged combustor
JP2005166439A (ja) 2003-12-02 2005-06-23 Tokyo Gas Co Ltd 燃料電池システムと、その起動方法
JP2005203229A (ja) * 2004-01-15 2005-07-28 Toyota Motor Corp 燃料電池システム
US7306871B2 (en) * 2004-03-04 2007-12-11 Delphi Technologies, Inc. Hybrid power generating system combining a fuel cell and a gas turbine
JP2006128006A (ja) * 2004-10-29 2006-05-18 Central Res Inst Of Electric Power Ind バイオマスの炭化ガス化高温型燃料電池発電システム
KR100748537B1 (ko) 2005-11-29 2007-08-13 엘지전자 주식회사 연료전지시스템
JP2007157544A (ja) * 2005-12-06 2007-06-21 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
CN101421181B (zh) * 2006-04-11 2011-11-09 松下电器产业株式会社 氢生成装置、具备该装置的燃料电池系统以及其运行方法
JP5154030B2 (ja) * 2006-05-18 2013-02-27 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP4870485B2 (ja) * 2006-06-28 2012-02-08 株式会社日立製作所 固体酸化物形燃料電池発電システムにおける起動システムと起動方法
US9614236B2 (en) * 2006-08-10 2017-04-04 GM Global Technology Operations LLC Method for mitigating cell degradation due to startup and shutdown via cathode re-circulation combined with electrical shorting of stack
GB0621784D0 (en) * 2006-11-01 2006-12-13 Ceres Power Ltd Fuel cell heat exchange systems and methods
CN101541670B (zh) * 2007-03-01 2012-05-30 松下电器产业株式会社 氢生成装置及其运转方法以及燃料电池系统
JP2009277621A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2010108767A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池、これを用いた燃料電池システム、燃料電池システムの起動絵方法
JP5572967B2 (ja) * 2009-03-06 2014-08-20 日産自動車株式会社 燃料電池システムと、この燃料電池システムの運転方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2460218A1 (en) 2012-06-06
CN102473948B (zh) 2014-08-13
MX343390B (es) 2016-11-04
RU2504052C2 (ru) 2014-01-10
EP2460218A4 (en) 2015-04-15
US20120064422A1 (en) 2012-03-15
CN102473948A (zh) 2012-05-23
WO2011012942A1 (en) 2011-02-03
BR112012002079B1 (pt) 2019-12-03
EP2460218B1 (en) 2016-09-07
US9929415B2 (en) 2018-03-27
US20150221961A1 (en) 2015-08-06
JP5408420B2 (ja) 2014-02-05
MX2012000602A (es) 2012-02-13
US9406949B2 (en) 2016-08-02
JP2011034715A (ja) 2011-02-17
BR112012002079A2 (pt) 2016-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2012107343A (ru) Система топливного элемента и способ ее управления
US8034504B2 (en) Fuel cell system and method of operating same
CN101197452B (zh) 对带有金属板的燃料电池的补充的冷却剂加热
US7759010B2 (en) Pulsed coolant control for improved stack cold starting
JP2016524303A (ja) 向上した燃料電池システムおよび方法
CN108963301B (zh) 用于冷启动质子交换膜燃料电池的方法和燃料电池发电系统
CN101764244A (zh) 燃料电池系统中氢进入阴极入口的方法和控制
CA3156596C (en) FUEL CELL SYSTEMS AND METHODS BY WHICH A CATHODE INLET GAS TEMPERATURE IS CONFIGURED TO BE HIGHER THAN AN ANODE INLET GAS TEMPERATURE
CN101199067B (zh) 冷启动过程中开始冷却液循环以防膜电极组过热的方法
EP3627601A1 (en) Fuel cell system
KR20140076699A (ko) 연료전지 스택의 열 관리 시스템 및 그 제어방법
US8092953B2 (en) Fuel cell system and method of operating the fuel cell system
KR101251278B1 (ko) 연료전지 냉시동 향상 장치
JP4399553B2 (ja) 燃料電池システム
EP3179547B1 (en) Hydrogen generation system
US20170179508A1 (en) Fuel cell apparatus
CN201191632Y (zh) 一种大功率燃料电池堆冷却系统
US6887607B1 (en) Fuel cell system for generating electric energy and heat
JP7195194B2 (ja) 燃料電池システム
US11211624B2 (en) Fuel cell system
CN111916792A (zh) 一种单一工况多样本燃料电池电堆测试系统及其控制方法
US11721821B2 (en) Fuel cell system and method for controlling fuel cell system
JP4128370B2 (ja) 燃料電池用暖機装置
KR101599456B1 (ko) 연료전지 모사스택
JP7195193B2 (ja) 燃料電池システム