RU2325009C1

RU2325009C1 - Fuel element system method of its control

Info

Publication number: RU2325009C1
Application number: RU2006127444/09A
Authority: RU
Inventors: Тае-Хее ЧО (KR); Тае-Хее ЧО; Миунг-Сеок ПАРК (KR); Миунг-Сеок ПАРК; Хонг ЧОИ (KR); Хонг ЧОИ; Киу-Дзунг КИМ (KR); Киу-Дзунг КИМ; Миеонг-Хо ЛИ (KR); Миеонг-Хо ЛИ; Чеол-Хван КИМ (KR); Чеол-Хван КИМ; Йонг-Дзун ХВАНГ (KR); Йонг-Дзун ХВАНГ; Сеунг-Тае КО (KR); Сеунг-Тае КО; Сеонг-Геун ХЕО (KR); Сеонг-Геун ХЕО
Original assignee: ЭлДжи ЭЛЕКТРОНИКС ИНК.
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2008-05-20
Also published as: RU2006127444A

Abstract

FIELD: fuel element systems.

SUBSTANCE: fuel and air, supplied into the unit of a fuel element, are heated by means of hydrogen usage; at that hydrogen is generated on anode as a result of reaction; therefore no additional energy is required for heating fuel and air, and besides hydrogen generated on the anode can be utilized as an additional fuel in the fuel element unit.

EFFECT: increase of energy efficiency of a fuel element and decrease of exhaust danger of hydrogen, generated in a fuel element unit.

13 cl, 8 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Настоящее изобретение относится к системе топливного элемента, а более конкретно - к системе топливного элемента, способной нагревать топливо и воздух посредством использования водорода, образующегося в блоке топливного элемента в результате реакции и пригодного для использования в качестве топлива в другом блоке топливного элемента.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system capable of heating fuel and air by using hydrogen generated in a fuel cell block as a result of a reaction and suitable for use as fuel in another fuel cell block.

Уровень техникиState of the art

Вообще говоря, система топливного элемента была предложена в качестве замены ископаемого топлива и в отличие от обычного элемента (вторичного элемента) в ней топливо (водород или углеводород) подается на анод, а на катод подается кислород. Таким образом, система топливного элемента претерпевает электрохимическую реакцию между водородом и кислородом без реакции горения (реакции окисления) топлива и таким образом непосредственно преобразует разность энергий между состояниями до и после реакции в электроэнергию.Generally speaking, a fuel cell system was proposed as a replacement for fossil fuel and, unlike a conventional element (secondary element), fuel (hydrogen or hydrocarbon) is supplied to the anode and oxygen is supplied to the cathode. Thus, the fuel cell system undergoes an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen without the combustion reaction (oxidation reaction) of the fuel and thus directly converts the energy difference between the states before and after the reaction into electricity.

Как показано на фиг.1, система топливного элемента в соответствии с известным уровнем техники содержит блок 106 топливного элемента, в котором в множественном числе собраны в виде стопки анод 102 и катод 104 с электролитной мембраной (не показана) между ними для генерирования электроэнергии в результате электрохимической реакции между водородом и кислородом, топливный бак 108 для хранения водного раствора и NaBH₄ для того, чтобы подавать BH₄, содержащий водород, по существу NaBH₄, на анод 102, и узел 110 подачи воздуха для подачи кислородсодержащего воздуха на катод 104.As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the prior art comprises a fuel cell block 106, in which a plurality of stacked anode 102 and cathode 104 with an electrolyte membrane (not shown) between them to generate electricity as a result an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, a fuel tank 108 for storing an aqueous solution and NaBH ₄ in order to supply BH ₄ containing hydrogen, essentially NaBH ₄ , to the anode 102, and an air supply unit 110 for supplying oxygen-containing air spirit to cathode 104.

Топливный насос 112 для подачи топлива, хранящегося в топливном баке 108, установлен между топливным баком 108 и анодом 102 блока 106 топливного элемента.A fuel pump 112 for supplying fuel stored in the fuel tank 108 is installed between the fuel tank 108 and the anode 102 of the fuel cell unit 106.

Узел 110 подачи воздуха содержит воздушный компрессор 114 для подачи присутствующего в атмосфере (атмосферного) воздуха на катод 104 блока 106 топливного элемента, воздушный фильтр 116 для фильтрации воздуха, подаваемого в блок 106 топливного элемента, и увлажнитель 118 для увлажнения воздуха, подаваемого в блок 106 топливного элемента. Увлажнитель 118 предусмотрен с водяным баком 120 для подачи воды в этот увлажнитель 118.The air supply unit 110 includes an air compressor 114 for supplying atmospheric air to the cathode 104 of the fuel cell unit 106, an air filter 116 for filtering the air supplied to the fuel cell unit 106, and a humidifier 118 for humidifying the air supplied to the block 106 fuel cell. Humidifier 118 is provided with a water tank 120 for supplying water to this humidifier 118.

Процессы генерирования электроэнергии при подаче топлива в обычный топливный элемент будут объяснены следующим образом.The processes for generating electricity by supplying fuel to a conventional fuel cell will be explained as follows.

Когда топливный насос 112 приводят в действие посредством управляющего сигнала контроллера (не показан), топливо, хранящееся в топливном баке 108, подается насосом на анод 102 блока 106 топливного элемента. Кроме того, когда приводят в действие воздушный компрессор 114, воздух, отфильтрованный с помощью воздушного фильтра 116, проходит через увлажнитель 118 с тем, чтобы таким образом увлажниться, и подается на катод 104 блока 106 топливного элемента.When the fuel pump 112 is driven by a controller signal (not shown), fuel stored in the fuel tank 108 is pumped to the anode 102 of the fuel cell unit 106. In addition, when the air compressor 114 is driven, the air filtered by the air filter 116 passes through a humidifier 118 so as to be humidified, and is supplied to the cathode 104 of the fuel cell unit 106.

Когда в блок 106 топливного элемента подают топливо и воздух, на аноде 102 происходит электрохимическое окисление водорода, а на катоде 104 происходит электрохимическое восстановление кислорода в таком состоянии, что между анодом 102 и катодом 104 размещена электролитная мембрана (не показана). При этом образовавшийся электрон перемещается и таким образом генерируется электричество. Генерируемое электричество подается на нагрузку 126.When fuel and air are supplied to fuel cell block 106, electrochemical oxidation of hydrogen occurs at anode 102, and oxygen is electrochemically reduced at cathode 104 so that an electrolyte membrane (not shown) is placed between anode 102 and cathode 104. In this case, the formed electron moves and thus electricity is generated. Generated electricity is supplied to a load of 126.

В обычной системе топливного элемента температура топлива и воздуха, подаваемых в блок 106 топливного элемента, в значительной степени влияет на работу топливного элемента. Следовательно, предусмотрен дополнительный нагревательный узел для повышения температуры топлива, подаваемого на анод 102 из топливного бака 108, и температуры воздуха, подаваемого на катод 104 из узла 110 подачи воздуха, до постоянного уровня.In a conventional fuel cell system, the temperature of the fuel and air supplied to the fuel cell block 106 greatly affects the operation of the fuel cell. Therefore, an additional heating unit is provided to increase the temperature of the fuel supplied to the anode 102 from the fuel tank 108 and the temperature of the air supplied to the cathode 104 from the air supply unit 110 to a constant level.

Однако в обычной системе топливного элемента должен быть предусмотрен дополнительный нагревательный узел для нагрева топлива и воздуха, подаваемых в блок топливного элемента, и для приведения в действие этого нагревательного узла используется электрический ток, генерируемый в топливном элементе, что увеличивает потребляемую мощность.However, in a conventional fuel cell system, an additional heating unit must be provided for heating the fuel and air supplied to the fuel cell unit, and the electric current generated in the fuel cell is used to drive this heating unit, which increases power consumption.

Кроме того, в обычной системе топливного элемента на электрическом полюсе в результате реакции образуется водород, что может вызвать опасность взрыва в случае выделения водорода наружу.In addition, in a conventional fuel cell system at the electric pole, hydrogen is generated as a result of the reaction, which can cause an explosion hazard if hydrogen is released to the outside.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Следовательно, целью настоящего изобретения является создание системы топливного элемента, способной улучшить энергетический кпд топливного элемента и уменьшить опасность, обусловленную выбросом водорода, образовавшегося в блоке топливного элемента, посредством нагрева топлива и воздуха источником тепла водорода, образовавшегося в результате реакции в блоке топливного элемента и используемого в качестве топлива в другом блоке топливного элемента.Therefore, it is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of improving the energy efficiency of a fuel cell and reducing the risk caused by the emission of hydrogen generated in the fuel cell unit by heating the fuel and air with a heat source of hydrogen generated by the reaction in the fuel cell unit and used as fuel in another fuel cell unit.

Для достижения этих целей предлагается система топливного элемента, содержащая: основной блок топливного элемента, в котором анод и катод расположены в таком состоянии, что между ними размещена электролитная мембрана; узел подачи топлива, соединенный с анодом основного блока топливного элемента посредством линии подачи топлива, для подачи водородсодержащего топлива на анод; узел подачи воздуха, соединенный с катодом основного блока топливного элемента посредством линии подачи воздуха, для подачи кислородсодержащего воздуха на катод и вспомогательный блок топливного элемента для использования водорода, образующегося на аноде во время реакции, в качестве топлива.To achieve these goals, a fuel cell system is proposed comprising: a main fuel cell block in which the anode and cathode are located in such a state that an electrolyte membrane is placed between them; a fuel supply unit connected to the anode of the main unit of the fuel cell via a fuel supply line for supplying hydrogen-containing fuel to the anode; an air supply unit connected to the cathode of the main unit of the fuel cell via an air supply line for supplying oxygen-containing air to the cathode and an auxiliary unit of the fuel element for using hydrogen generated at the anode during the reaction as fuel.

Такая система топливного элемента дополнительно содержит разделитель газа/жидкости для получения водорода, образующегося в основном блоке топливного элемента в результате реакции, и рециркуляционную линию, соединяющую разделитель газа/жидкости и узел подачи топлива, для повторного сбора топлива, выходящего из разделителя газа/жидкости, в топливный бак.Such a fuel cell system further comprises a gas / liquid separator for generating hydrogen generated in the main fuel cell unit as a result of the reaction, and a recirculation line connecting the gas / liquid separator and the fuel supply unit for re-collecting fuel leaving the gas / liquid separator, into the fuel tank.

Еще одна система топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением содержит: основной блок топливного элемента, в котором анод и катод расположены в таком состоянии, что между ними размещена электролитная мембрана; узел подачи топлива, соединенный с анодом основного блока топливного элемента посредством линии подачи топлива, для подачи водородсодержащего топлива на анод; узел подачи воздуха, соединенный с катодом основного блока топливного элемента посредством линии подачи воздуха, для подачи кислородсодержащего воздуха на катод; нагревательный узел, установленный между линией подачи топлива и линией подачи воздуха, для нагрева топлива и воздуха, подаваемых в основной блок топливного элемента, посредством использования водорода, образующегося на аноде в результате реакции, в качестве источника тепла и вспомогательный блок топливного элемента для использования водорода, образующегося на аноде в результате реакции, в качестве топлива.Another fuel cell system in accordance with the present invention comprises: a main fuel cell unit in which the anode and cathode are arranged in such a state that an electrolyte membrane is placed between them; a fuel supply unit connected to the anode of the main unit of the fuel cell via a fuel supply line for supplying hydrogen-containing fuel to the anode; an air supply unit connected to the cathode of the main unit of the fuel cell via an air supply line for supplying oxygen-containing air to the cathode; a heating unit installed between the fuel supply line and the air supply line for heating the fuel and air supplied to the main unit of the fuel cell by using hydrogen generated at the anode as a result of the reaction as a heat source and an auxiliary fuel cell unit for using hydrogen, formed on the anode as a result of the reaction, as a fuel.

Такая система топливного элемента дополнительно содержит контроллер для поддержания температуры нагревательного узла на надлежащем уровне посредством регулирования количества водорода, подаваемого во вспомогательный блок топливного элемента, и для регулирования степени открывания клапана открытия/закрытия для подачи водорода во вспомогательный блок топливного элемента.Such a fuel cell system further comprises a controller for maintaining the temperature of the heating unit at an appropriate level by controlling the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit of the fuel element, and to control the degree of opening of the opening / closing valve for supplying hydrogen to the auxiliary unit of the fuel element.

Для достижения этих целей также предлагается способ управления системой топливного элемента, включающий в себя: первый этап образования водорода на аноде основного блока топливного элемента в результате реакции; второй этап подачи водорода, выделяющегося на аноде, во вспомогательный блок топливного элемента и третий этап регулирования количества водорода, подаваемого во вспомогательный блок топливного элемента.To achieve these goals, a method for controlling a fuel cell system is also provided, including: a first step in generating hydrogen at the anode of the main fuel cell block as a result of the reaction; a second step of supplying hydrogen generated at the anode to the auxiliary unit of the fuel cell; and a third step of controlling the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit of the fuel cell.

На третьем этапе при передаче в контроллер электрического сигнала от датчика расхода, который определяет количество водорода, выделяющегося из разделителя газа/жидкости, этот контроллер регулирует степень открывания клапана открытия/закрытия и таким образом регулирует количество водорода, подаваемого во вспомогательный блок топливного элемента.In the third step, when the electric signal is transmitted to the controller from the flow sensor, which determines the amount of hydrogen released from the gas / liquid separator, this controller controls the degree of opening of the open / close valve and thus controls the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit of the fuel cell.

Еще один способ управления системой топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением включает в себя: первый этап образования водорода на аноде основного блока топливного элемента в результате реакции; второй этап подачи водорода, выделяющегося на аноде, в нагревательный узел и вспомогательный блок топливного элемента и третий этап регулирования количества водорода, подаваемого в нагревательный узел и вспомогательный блок топливного элемента, в соответствии с температурой нагревательного узла.Another method for controlling a fuel cell system in accordance with the present invention includes: a first step for generating hydrogen at the anode of the main unit of the fuel cell as a result of the reaction; a second step of supplying hydrogen generated at the anode to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell; and a third step of controlling the amount of hydrogen supplied to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell in accordance with the temperature of the heating unit.

На третьем этапе, когда температура нагревательного узла выше заданной температуры β, подачу водорода в нагревательный узел блокируют и водород подают во вспомогательный блок топливного элемента, а когда температура нагревательного узла ниже заданной температуры α во время сравнения на вышеуказанном этапе, подачу водорода во вспомогательный блок топливного элемента блокируют и водород подают в нагревательный узел.In the third stage, when the temperature of the heating unit is higher than the set temperature β, the hydrogen supply to the heating unit is blocked and hydrogen is supplied to the auxiliary unit of the fuel cell, and when the temperature of the heating unit is lower than the set temperature α during comparison at the above stage, the supply of hydrogen to the auxiliary unit of the fuel the element is blocked and hydrogen is supplied to the heating unit.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 представляет собой конструктивный вид системы топливного элемента в соответствии с известным уровнем техники;Figure 1 is a structural view of a fuel cell system in accordance with the prior art;

фиг.2 представляет собой конструктивный вид системы топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;2 is a structural view of a fuel cell system in accordance with a first embodiment of the present invention;

фиг.3 представляет собой вид в перспективе с частичным разрезом нагревательного узла системы топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;FIG. 3 is a partially cutaway perspective view of a heating unit of a fuel cell system in accordance with a first embodiment of the present invention; FIG.

фиг.4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую средство управления системой топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;4 is a block diagram illustrating means for controlling a fuel cell system in accordance with a first embodiment of the present invention;

фиг.5 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую средство управления системой топливного элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;5 is a block diagram illustrating means for controlling a fuel cell system in accordance with a second embodiment of the present invention;

фиг.6 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую средство управления системой топливного элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;6 is a block diagram illustrating means for controlling a fuel cell system in accordance with a third embodiment of the present invention;

фиг.7 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую способ управления системой топливного элемента в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения; и7 is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system in accordance with one embodiment of the present invention; and

фиг.8 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую способ управления системой топливного элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.8 is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system in accordance with a second embodiment of the present invention.

Способы выполнения предпочтительных вариантов осуществленияMethods for carrying out preferred embodiments

Ниже будет описан первый вариант осуществления системы топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на прилагаемые чертежи.A first embodiment of a fuel cell system in accordance with the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

Хотя может существовать множество вариантов осуществления системы топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением, здесь будет описан наиболее предпочтительный вариант осуществления.Although there may be many embodiments of a fuel cell system in accordance with the present invention, the most preferred embodiment will be described here.

Фиг.2 представляет собой конструктивный вид системы топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.Figure 2 is a structural view of a fuel cell system in accordance with a first embodiment of the present invention.

Система топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением содержит: основной блок 6 топливного элемента, в котором во множественном числе собраны в виде стопки анод 2 и катод 4 и расположены в таком состоянии, что между ними размещена электролитная мембрана (не показана) для генерации электроэнергии в результате электрохимической реакции между водородом и кислородом; топливный бак 8 для хранения топлива, подаваемого на анод 2; узел 10 подачи воздуха для подачи кислородсодержащего воздуха на катод 4; узел рециркуляции топлива для рециркуляции топлива, выходящего из блока 6 топливного элемента, в топливный бак 8; нагревательный узел 12 для нагревания топлива и воздуха, подаваемых в основной блок 6 топливного элемента, посредством использования водорода, образующегося на аноде 2 в результате реакции; и вспомогательный блок 14 топливного элемента для использования водорода, образующегося на аноде 2 в результате реакции, в качестве топлива.The fuel cell system in accordance with the present invention comprises: a fuel cell main unit 6, in which a plurality of anode 2 and cathode 4 are stacked and arranged in such a state that an electrolyte membrane (not shown) is placed between them to generate electricity in the result of an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen; a fuel tank 8 for storing fuel supplied to the anode 2; an air supply unit 10 for supplying oxygen-containing air to the cathode 4; a fuel recirculation unit for recirculating fuel exiting from the fuel cell unit 6 to the fuel tank 8; a heating unit 12 for heating the fuel and air supplied to the main unit 6 of the fuel cell by using hydrogen generated at the anode 2 as a result of the reaction; and an auxiliary fuel cell unit 14 for using hydrogen generated at the anode 2 as a result of the reaction as fuel.

В топливном баке 8 хранится NaBH₄. Топливный бак 8 соединен с анодом 2 основного блока 6 топливного элемента посредством линии 16 подачи топлива и при этом на одной стороне линии 16 подачи топлива установлен топливный насос 16 для подачи топлива, хранящегося в топливном баке 8.In the fuel tank 8 is stored NaBH ₄ . The fuel tank 8 is connected to the anode 2 of the main unit 6 of the fuel cell via a fuel supply line 16, and a fuel pump 16 is mounted on one side of the fuel supply line 16 for supplying fuel stored in the fuel tank 8.

Узел 10 подачи воздуха содержит линию 20 подачи воздуха для подвода атмосферного воздуха к катоду 4 блока 6 топливного элемента, воздушный фильтр 22, установленный на входе линии 20 подачи воздуха и фильтрующий воздух, всасываемый в линию 20 подачи воздуха, воздушный компрессор 24, установленный на одной стороне линии 20 подачи воздуха и генерирующий всасывающую силу для всасывания наружного воздуха, и увлажнитель 26 для увлажнения воздуха, всасываемого воздушным компрессором 24. Увлажнитель 26 предусмотрен с водяным баком 28 для подачи воды.The air supply unit 10 comprises an air supply line 20 for supplying atmospheric air to the cathode 4 of the fuel cell unit 6, an air filter 22 installed at the inlet of the air supply line 20 and filtering air sucked into the air supply line 20, an air compressor 24 mounted on one the side of the air supply line 20 and generating a suction force for drawing in external air, and a humidifier 26 for humidifying the air drawn in by the air compressor 24. A humidifier 26 is provided with a water tank 28 for supplying water.

NaBH₄и кислородсодержащий воздух подаются соответственно на анод 2 и катод 4 блока 6 топливного элемента из топливного бака 8 и узла 10 подачи воздуха и вступают в реакцию с помощью электролитной мембраны с образованием таким образом ионов. В то время как ионы вступают в электрохимическую реакцию с образованием таким образом воды, электроны генерируются и перемещаются к катоду 4 и таким образом генерируется электричество.NaBH ₄ and oxygen-containing air are supplied respectively to the anode 2 and cathode 4 of the fuel cell unit 6 from the fuel tank 8 and the air supply unit 10 and react using an electrolyte membrane to thereby form ions. While ions enter into an electrochemical reaction to form water in this way, electrons are generated and transported to cathode 4, and thus electricity is generated.

Этот процесс будет описан более подробно. На аноде 2 происходит электрохимическая реакция окисления BH₄ ^-+ 8OH^- → BO₂ ^- + 6H₂O + 8e^- с передачей тем самым ионов, образовавшихся в результате реакции окисления и восстановления, в электролитную мембрану, а на катоде 4 происходит электрохимическая реакция восстановления подаваемого воздуха 2O₂ + 4H₂O + 8e^- → 8OH^-.This process will be described in more detail. At the anode 2 occurs electrochemical oxidation reaction BH ₄ ^{^-} + 8OH ^- → BO ₂ ^- + 6H ₂ O + 8e ^- the transfer thereby ions formed as a result of oxidation and reduction reactions in the electrolyte membrane, and the cathode 4 occurs electrochemical reduction reaction air supply 2O ₂ + 4H ₂ O + 8e ^- → 8OH ^- .

При осуществлении этих реакций на аноде 2 происходит такая реакция, как 2H₂O + NaBH₄→ NaBO₂+ 4H₂. В соответствии с этим в топливе (водный раствор NaBH₄) образуются четыре моля водорода (4H₂) и выделяются на аноде 2 вместе с NaBO₂.When these reactions are carried out, anode 2 occurs such as 2H ₂ O + NaBH ₄ → NaBO ₂ + 4H ₂ . In accordance with this, four moles of hydrogen (4H ₂ ) are formed in the fuel (aqueous NaBH ₄ solution) and are released on the anode 2 together with NaBO ₂ .

Узел рециркуляции топлива представляет собой систему для повторного сбора топлива, выходящего после реакции в блоке 6 топливного элемента, в топливный бак 8 и включает в себя разделитель 30 газа/жидкости для разделения топлива, выходящего после реакции в основном блоке 6 топливного элемента, на газ и жидкость, линию 32 рециркуляции топлива для повторного сбора топлива в жидком состоянии, выходящего из разделителя 30 газа/жидкости, в топливный бак 8 и рециркуляционный насос 34, установленный на линии 32 рециркуляции топлива, для принудительной подачи повторно собранного жидкого топлива в топливный бак 8.The fuel recirculation unit is a system for re-collecting the fuel leaving after the reaction in the fuel cell unit 6 into the fuel tank 8 and includes a gas / liquid separator 30 for separating the fuel leaving after the reaction in the main fuel cell unit 6 into gas and liquid, a fuel recirculation line 32 for re-collecting fuel in a liquid state exiting the gas / liquid separator 30 into a fuel tank 8 and a recirculation pump 34 mounted on the fuel recirculation line 32, for forced giving reassembled liquid fuel to the fuel tank 8.

NaBO₂+ 4H₂, образовавшиеся в результате реакции на аноде 2 блока 6 топливного элемента, разделяют на газ и жидкость посредством разделителя 30 газа/жидкости. В результате этого вода и NaBO₂ повторно собираются в топливном баке 8 по линии 32 рециркуляции топлива, в то время как водород выделяется наружу.The NaBO ₂ + 4H ₂ resulting from the reaction on the anode 2 of the fuel cell unit 6 is separated into gas and liquid by means of a gas / liquid separator 30. As a result of this, water and NaBO _{2 are} re-collected in the fuel tank 8 via the fuel recirculation line 32, while hydrogen is released to the outside.

Таким образом, водород, выделяющийся из разделителя 30 газа/жидкости, используют в качестве источника тепла в нагревательном узле 12 и используют в качестве топлива во вспомогательном блоке 14 топливного элемента. Кроме того, количество водорода, подаваемого в нагревательный узел 12 и вспомогательный блок 14 топливного элемента, регулируют с помощью средства управления.Thus, the hydrogen released from the gas / liquid separator 30 is used as a heat source in the heating unit 12 and is used as fuel in the auxiliary unit 14 of the fuel cell. In addition, the amount of hydrogen supplied to the heating unit 12 and the auxiliary unit 14 of the fuel cell is controlled by means of a control.

Как показано на фиг.3, нагревательный узел 12 состоит из линии 16 подачи топлива, корпуса 50, с которым соединена линия 20 подачи воздуха, воздуходувного вентилятора 52, установленного в нижней части корпуса 50 и вдувающего наружный воздух внутрь корпуса 50, и камеры 54 сгорания, установленной во внутренней части корпуса 50 и осуществляющей реакцию с водородом, подаваемым из разделителя 30 газа/жидкости, с генерированием таким образом тепла для нагревания топлива и воздуха, которые проходят через внутреннюю часть корпуса 50.As shown in FIG. 3, the heating unit 12 consists of a fuel supply line 16, a housing 50 to which an air supply line 20 is connected, an air blower 52 installed in the lower part of the housing 50 and blowing outside air into the housing 50, and a combustion chamber 54 installed in the interior of the housing 50 and reacting with hydrogen supplied from the gas / liquid separator 30, thereby generating heat to heat the fuel and air that pass through the interior of the housing 50.

В корпусе 50 на одинаковом расстоянии от внутренней окружной поверхности корпуса 50 расположена разделительная стенка 56 цилиндрической формы с меньшим диаметром, чем диаметр корпуса 50. В верхней части корпуса 50 выполнено множество выпускных отверстий 58 для выпуска наружу газа после того, как он закончил процедуру нагревания, а в его нижней части установлены камера 54 сгорания и воздуходувный вентилятор 52.In the housing 50, at the same distance from the inner circumferential surface of the housing 50, there is a cylindrical dividing wall 56 with a smaller diameter than the diameter of the housing 50. In the upper part of the housing 50 there are many outlet openings 58 for exhausting gas after it has completed the heating procedure, and in its lower part there is a combustion chamber 54 and a blower fan 52.

Внутри разделительной стенки 56 намотан в форме спирали топливопровод 60 для прохождения топлива, а снаружи разделительной стенки 56 намотан в форме спирали воздухопровод 62 для прохождения воздуха.Inside the dividing wall 56, a fuel pipe 60 is wound in a spiral shape for the passage of fuel, and outside the dividing wall 56 is wound in the form of a spiral air pipe 62 for the passage of air.

Камера 54 сгорания установлена в нижней части корпуса 50 и выполнена в виде ячеистой структуры, внутри которой закреплен катализатор. Камера 54 сгорания соединена с разделителем 30 газа/жидкости посредством первой линии 72 подачи водорода для приема тем самым водорода, выделяющегося из разделителя 30 газа/жидкости. В данном изобретении в качестве упомянутого катализатора предпочтительно используют платину.The combustion chamber 54 is installed in the lower part of the housing 50 and is made in the form of a cellular structure, inside of which a catalyst is fixed. The combustion chamber 54 is connected to the gas / liquid separator 30 via a first hydrogen supply line 72 to thereby receive hydrogen released from the gas / liquid separator 30. In the present invention, platinum is preferably used as said catalyst.

Воздух, вдуваемый внутрь корпуса 50, нагревается в результате выделения тепла внутри камеры 54 сгорания, и нагретый воздух проходит через внутреннюю часть корпуса 50 и таким образом нагревает топливопровод 60 и воздухопровод 62. Кроме того, воздух, который закончил процедуру нагрева, выпускается наружу через выпускные отверстия 58.Air blown into the housing 50 is heated by heat generation inside the combustion chamber 54, and heated air passes through the interior of the housing 50 and thereby heats the fuel line 60 and the air line 62. In addition, the air that has completed the heating procedure is discharged out through the exhaust holes 58.

Во вспомогательном блоке 14 топливного элемента во множественном числе собраны в стопку анод 80, на который подается водород, образующийся на аноде 2 основного блока 6 топливного элемента в результате реакции, и катод 82, который соединен с узлом 10 подачи воздуха и на который подается кислородсодержащий воздух, в таком состоянии, что между ними размещена электролитная мембрана.In the auxiliary unit 14 of the fuel cell, the plural is assembled into a stack of anode 80, to which hydrogen is supplied, which is formed on the anode 2 of the main unit 6 of the fuel cell as a result of the reaction, and the cathode 82, which is connected to the air supply unit 10 and to which oxygen-containing air is supplied , in such a condition that an electrolyte membrane is placed between them.

Анод 80 вспомогательного блока 14 топливного элемента соединен с разделителем 30 газа/жидкости посредством линии 74 подачи водорода для приема тем самым водорода, выделяющегося из разделителя 30 газа/жидкости. Кроме того, катод 82 соединен с увлажнителем 26 узла 10 подачи воздуха посредством линии 88 подачи воздуха для приема тем самым увлажненного воздуха.The anode 80 of the auxiliary unit 14 of the fuel cell is connected to the gas / liquid separator 30 via a hydrogen supply line 74 to thereby receive hydrogen released from the gas / liquid separator 30. In addition, the cathode 82 is connected to the humidifier 26 of the air supply unit 10 through the air supply line 88 for thereby receiving humidified air.

В качестве вспомогательного блока 14 топливного элемента согласно предпочтительному варианту осуществления предпочтительно применяют топливный элемент с мембраной из полимерного электролита (PEMFC), в котором в качестве топлива используют водород.As an auxiliary fuel cell unit 14 according to a preferred embodiment, a polymer electrolyte membrane (PEMFC) fuel cell is preferably used in which hydrogen is used as fuel.

Во вспомогательном блоке 14 топливного элемента водород, выделяющийся из разделителя 30 газа/жидкости, подается на анод 80. При таком состоянии, когда кислородсодержащий воздух подается на анод 82 из узла 10 подачи воздуха, водород и кислород реагируют друг с другом и, таким образом, вспомогательный блок 14 топливного элемента генерирует электроэнергию отдельно от основного блока 6 топливного элемента.In the auxiliary unit 14 of the fuel cell, hydrogen released from the gas / liquid separator 30 is supplied to the anode 80. In this state, when oxygen-containing air is supplied to the anode 82 from the air supply unit 10, hydrogen and oxygen react with each other, and thus the auxiliary unit 14 of the fuel cell generates electricity separately from the main unit 6 of the fuel cell.

Линия 70 выпуска водорода для выпуска водорода соединена с разделителем 30 газа/жидкости, причем эта линия 70 выпуска водорода разветвляется на первую линию 72 подачи водорода, соединенную с нагревательным узлом 12, и вторую линию 74 подачи водорода, соединенную с анодом 80 вспомогательного блока 14 топливного элемента. В том месте, где линия 70 выпуска водорода и первая и вторая линии подачи водорода соединяются друг с другом, установлен клапан 76 открытия/закрытия.A hydrogen discharge line 70 for hydrogen release is connected to a gas / liquid separator 30, and this hydrogen release line 70 branches into a first hydrogen supply line 72 connected to the heating unit 12 and a second hydrogen supply line 74 connected to the anode 80 of the auxiliary fuel unit 14 item. At the point where the hydrogen discharge line 70 and the first and second hydrogen supply lines are connected to each other, an open / close valve 76 is installed.

Клапан 76 открытия/закрытия соединяет линию выпуска водорода и первую линию 72 подачи водорода или вторую линию 74 подачи водорода в соответствии с электрическим сигналом, передаваемым от контроллера 90, таким образом подавая водород в нагревательный узел 12 или вспомогательный блок 14 топливного элемента.An open / close valve 76 connects the hydrogen exhaust line and the first hydrogen supply line 72 or the second hydrogen supply line 74 in accordance with an electrical signal transmitted from the controller 90, thereby supplying hydrogen to the heating unit 12 or the auxiliary unit 14 of the fuel cell.

В качестве клапана 76 открытия/закрытия предпочтительно используют игольчатый клапан, способный легко регулировать степень открывания посредством электрического сигнала, передаваемого от контроллера 90.As the valve 76 opening / closing preferably use a needle valve capable of easily adjusting the degree of opening by means of an electrical signal transmitted from the controller 90.

В системе топливного элемента контроллер 90 поддерживает температуру нагревательного узла 12 на надлежащем уровне посредством регулирования количества водорода, подаваемого в нагревательный узел 12 и вспомогательный блок 14 топливного элемента, и регулирует степень открывания клапана 76 открытия/закрытия для подачи водорода во вспомогательный блок 14 топливного элемента.In the fuel cell system, the controller 90 maintains the temperature of the heating unit 12 at an appropriate level by adjusting the amount of hydrogen supplied to the heating unit 12 and the auxiliary fuel cell unit 14, and controls the degree of opening of the open / close valve 76 for supplying hydrogen to the auxiliary fuel cell unit 14.

В качестве одного варианта осуществления, который показан на фиг.4, контроллер 90 регулирует степень открывания клапана 76 открытия/закрытия в соответствии с электрическим сигналом, передаваемым от датчика 86 температуры, установленного на нагревательном узле 12, для определения температуры нагревательного узла 12.As one embodiment, as shown in FIG. 4, the controller 90 adjusts the degree of opening of the open / close valve 76 in accordance with an electrical signal transmitted from the temperature sensor 86 installed on the heating unit 12 to determine the temperature of the heating unit 12.

Датчик 86 температуры может быть установлен на катализаторе, размещенном в камере 54 сгорания, для определения температуры камеры 54 сгорания нагревательного узла 12, может быть установлен на воздухопроводе 62 для определения температуры воздуха, нагреваемого в нагревательном узле 12, и может быть установлен на топливопроводе 60 для определения температуры топлива, нагреваемого в нагревательном узле. То есть датчик 86 температуры может устанавливать температуру или катализатора, или воздуха, или топлива на уровне заданной температуры.The temperature sensor 86 can be mounted on a catalyst located in the combustion chamber 54 to determine the temperature of the combustion chamber 54 of the heating unit 12, can be mounted on the air duct 62 to determine the temperature of the air heated in the heating unit 12, and can be installed on the fuel pipe 60 for determining the temperature of the fuel heated in the heating unit. That is, the temperature sensor 86 can set the temperature of either the catalyst, or air, or fuel at a predetermined temperature.

Как показано на фиг.5, в качестве другого варианта осуществления контроллер 90 регулирует степень открывания клапана 76 открытия/закрытия в соответствии с электрическим сигналом, передаваемым от датчика 84 расхода, установленного на линии 70 выпуска водорода для определения количества водорода, и датчика 86 температуры, установленного на нагревательном узле 12 для определения температуры нагревательного узла 12.As shown in FIG. 5, as another embodiment, the controller 90 adjusts the degree of opening of the open / close valve 76 in accordance with an electrical signal transmitted from the flow sensor 84 installed on the hydrogen discharge line 70 for determining the amount of hydrogen, and the temperature sensor 86, mounted on the heating unit 12 to determine the temperature of the heating unit 12.

В качестве еще одного варианта осуществления, который показан на фиг.6, контроллер 90 может регулировать степень открывания клапана 76 открытия/закрытия в соответствии с электрическим сигналом, передаваемым от датчика 96 определения выходного тока для определения силы выходного тока, выдаваемого из вспомогательного блока топливного элемента.As another embodiment, shown in FIG. 6, the controller 90 may adjust the degree of opening of the open / close valve 76 in accordance with an electrical signal transmitted from the output current detection sensor 96 to determine an output current output from the auxiliary fuel cell unit. .

Способ управления системой топливного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения будет пояснен следующим образом.A method of controlling a fuel cell system in accordance with a first embodiment of the present invention will be explained as follows.

Сначала на аноде 2 основного блока 6 топливного элемента в результате реакции образуется водород. Затем водород с анода 6 основного блока 6 топливного элемента при вышеуказанном способе подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента.First, hydrogen is formed as a result of the reaction on the anode 2 of the main unit 6 of the fuel cell. Then, hydrogen from the anode 6 of the main unit 6 of the fuel cell in the above method is supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell.

Затем регулируют количество водорода, подаваемого во вспомогательный блок 14 топливного элемента. То есть, как только электрический сигнал передается в контроллер 90 от датчика 84 расхода для определения количества водорода, выделяющегося из разделителя 30 газа/жидкости, контроллер 90 регулирует степень открывания клапана 76 открытия/закрытия, таким образом регулируя количество водорода, подаваемого во вспомогательный блок 14 топливного элемента.Then adjust the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell. That is, as soon as an electrical signal is transmitted to the controller 90 from the flow sensor 84 to determine the amount of hydrogen released from the gas / liquid separator 30, the controller 90 adjusts the degree of opening of the open / close valve 76, thereby adjusting the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit 14 fuel cell.

Фиг.7 представляет собой схему последовательности операций, иллюстрирующую способ управления системой топливного элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.7 is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system in accordance with a third embodiment of the present invention.

Сначала водород выпускают с анода 2 основного блока 6 топливного элемента (S10). То есть водород, образующийся на аноде 2 основного блока 6 топливного элемента, выделяют с помощью разделителя 30 газа/жидкости с выпуском его, таким образом, в линию 70 выпуска водорода.First, hydrogen is discharged from the anode 2 of the main unit 6 of the fuel cell (S10). That is, the hydrogen generated at the anode 2 of the main unit 6 of the fuel cell is released using a gas / liquid separator 30, thereby releasing it to the hydrogen discharge line 70.

Водород, выходящий из разделителя 30 газа/жидкости, подают в нагревательный узел 12 для того, чтобы использовать его в качестве источника тепла в нагревательном узле 12, и в то же самое время подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента для того, чтобы использовать его там в качестве топлива (S20). То есть регулируют степень открывания клапана 76 открытия/закрытия для одновременного открытия проточного канала между разделителем 30 газа/жидкости и нагревательным узлом 12 и проточного канала между разделителем 30 газа/жидкости и вспомогательным блоком 14 топливного элемента, таким образом обеспечивая одновременную подачу водорода, выделяющегося из разделителя 30 газа/жидкости, в нагревательный узел 12 и вспомогательный блок 14 топливного элемента.Hydrogen leaving the gas / liquid separator 30 is supplied to the heating unit 12 in order to use it as a heat source in the heating unit 12, and at the same time, it is supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell in order to be used there as fuel (S20). That is, the degree of opening of the opening / closing valve 76 is controlled to simultaneously open the flow channel between the gas / liquid separator 30 and the heating unit 12 and the flow channel between the gas / liquid separator 30 and the auxiliary fuel cell unit 14, thereby providing a simultaneous supply of hydrogen generated from gas / liquid separator 30 to the heating unit 12 and the auxiliary unit 14 of the fuel cell.

Затем температуру нагревательного узла 12 сравнивают с заданной температурой β (S30). То есть в ходе процесса, при котором топливо и воздух нагревают нагревательным узлом 12, когда датчик 86 температуры регистрирует одну из температур топлива, воздуха и катализатора и передает ее таким образом в контроллер 90, этот контроллер 90 сравнивает температуру нагревательного узла 12, переданную из датчика 86 температуры, с заданной температурой β и определяет (оценивает), превышает ли температура нагревательного узла 12 заданную температуру β. В случае определения температуры нагретого топлива или воздуха заданную температуру β предпочтительно задают равной 80°C.Then, the temperature of the heating unit 12 is compared with a predetermined temperature β (S30). That is, during the process in which the fuel and air are heated by the heating unit 12, when the temperature sensor 86 senses one of the temperatures of the fuel, air and catalyst and thus transfers it to the controller 90, this controller 90 compares the temperature of the heating unit 12 transmitted from the sensor 86 temperature, with a given temperature β and determines (evaluates) whether the temperature of the heating unit 12 exceeds a predetermined temperature β. When determining the temperature of the heated fuel or air, the predetermined temperature β is preferably set to 80 ° C.

В указанном процессе, когда определено, что температура нагревательного узла 12 выше заданной температуры β, подачу водорода в нагревательный узел 12 блокируют и водород подают на анод 80 вспомогательного блока 14 топливного элемента (S40). То есть, когда определено, что температура нагревательного узла 12, передаваемая из датчика 86 температуры, выше заданной температуры β, контроллер 90 приводит в действие клапан 76 открытия/закрытия таким образом, что он закрыт между первым проточным каналом 70 и вторым проточным каналом 72 и соединяет первый проточный канал 70 и третий проточный канал 74. Затем подачу водорода в нагревательный узел 12 блокируют и водород подают на анод 80 вспомогательного блока 14 топливного элемента для того, чтобы использовать его в качестве топлива.In this process, when it is determined that the temperature of the heating unit 12 is higher than a predetermined temperature β, the supply of hydrogen to the heating unit 12 is blocked and hydrogen is supplied to the anode 80 of the auxiliary unit 14 of the fuel cell (S40). That is, when it is determined that the temperature of the heating unit 12 transmitted from the temperature sensor 86 is higher than a predetermined temperature β, the controller 90 actuates an open / close valve 76 so that it is closed between the first flow channel 70 and the second flow channel 72 and connects the first flow channel 70 and the third flow channel 74. Then the supply of hydrogen to the heating unit 12 is blocked and hydrogen is supplied to the anode 80 of the auxiliary unit 14 of the fuel cell in order to use it as fuel.

Во время этой операции температуру нагревательного узла 12 сравнивают с заданной температурой α. Когда определено, что температура нагревательного узла 12 ниже заданной температуры α, подачу водорода во вспомогательный блок 14 топливного элемента блокируют и водород подают в нагревательный узел 12 (S50 и S60).During this operation, the temperature of the heating unit 12 is compared with a predetermined temperature α. When it is determined that the temperature of the heating unit 12 is lower than a predetermined temperature α, the hydrogen supply to the auxiliary unit 14 of the fuel cell is blocked and hydrogen is supplied to the heating unit 12 (S50 and S60).

То есть, когда датчик 86 температуры регистрирует температуру нагревательного узла 12 и передает ее в контроллер 90, этот контроллер 90 сравнивает температуру нагревательного узла 12 с заданной температурой α. При этом, когда определено, что температура нагревательного узла 12 ниже заданной температуры α, контроллер 90 приводит в действие клапан 76 открытия/закрытия таким образом, что он закрыт между первым проточным каналом 70 и третьим проточным каналом 74 и соединяет первый проточный канал 70 и второй проточный канал 72. Следовательно, подачу водорода во вспомогательный блок 14 топливного элемента блокируют и водород подают в нагревательный узел 12.That is, when the temperature sensor 86 senses the temperature of the heating unit 12 and transfers it to the controller 90, this controller 90 compares the temperature of the heating unit 12 with a predetermined temperature α. Moreover, when it is determined that the temperature of the heating unit 12 is lower than the set temperature α, the controller 90 actuates the open / close valve 76 so that it is closed between the first flow channel 70 and the third flow channel 74 and connects the first flow channel 70 and the second flow channel 72. Therefore, the supply of hydrogen to the auxiliary unit 14 of the fuel cell is blocked and hydrogen is supplied to the heating unit 12.

В случае определения температуры нагретого топлива или воздуха заданную температуру α предпочтительно задают равной 60°C.In the case of determining the temperature of the heated fuel or air, the predetermined temperature α is preferably set to 60 ° C.

Во время выполнения этой процедуры нагревания, когда определено, что температура нагревательного узла 12 выше заданной температуры β, подачу водорода в нагревательный узел 12 снова блокируют и водород подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента, что повторяется (S70).During this heating procedure, when it is determined that the temperature of the heating unit 12 is higher than a predetermined temperature β, the hydrogen supply to the heating unit 12 is again blocked and hydrogen is supplied to the auxiliary fuel cell unit 14, which is repeated (S70).

Фиг.8 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую способ управления системой топливного элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of controlling a fuel cell system in accordance with a third embodiment of the present invention.

Сначала водород выпускают из разделителя 30 газа/жидкости (S100). Водород, выходящий из разделителя 30 газа/жидкости, подают в нагревательный узел 12 для того, чтобы использовать его в качестве источника тепла в этом нагревательном узле 12, и в то же самое время подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента для использования его в качестве топлива (S200). То есть степень открывания клапана 76 открытия/закрытия регулируют таким образом, чтобы одновременно открыть проточный канал между разделителем 30 газа/жидкости и нагревательным элементом 12 и проточный канал между разделителем 30 газа/жидкости и вспомогательным блоком 14 топливного элемента, таким образом обеспечивая одновременную подачу водорода, выделяющегося из разделителя 30 газа/жидкости, в нагревательный узел 12 и вспомогательный блок 14 топливного элемента.First, hydrogen is discharged from the gas / liquid separator 30 (S100). Hydrogen leaving the gas / liquid separator 30 is supplied to the heating unit 12 in order to use it as a heat source in this heating unit 12, and at the same time, it is supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell for use as fuel (S200). That is, the opening degree of the opening / closing valve 76 is controlled so as to simultaneously open the flow channel between the gas / liquid separator 30 and the heating element 12 and the flow channel between the gas / liquid separator 30 and the auxiliary fuel cell unit 14, thereby providing a simultaneous supply of hydrogen released from the gas / liquid separator 30 into the heating unit 12 and the auxiliary unit 14 of the fuel cell.

Затем температуру нагревательного узла 12 сравнивают с заданной температурой (S300), при этом подачу водорода в нагревательный узел 12 блокируют и водород подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента, когда определено, что температура нагревательного узла 12 выше заданной температуры β (S400). Указанные этапы идентичны этапам согласно первому варианту осуществления, поэтому их подробные описания будут опущены.Then, the temperature of the heating unit 12 is compared with a predetermined temperature (S300), while the supply of hydrogen to the heating unit 12 is blocked and hydrogen is supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell when it is determined that the temperature of the heating unit 12 is higher than the set temperature β (S400). These steps are identical to the steps according to the first embodiment, therefore, their detailed descriptions will be omitted.

При указанном состоянии температуру нагревательного узла 12 сравнивают с заданной температурой α (S500). Когда определено, что температура нагревательного узла 12 ниже заданной температуры α, подачу водорода во вспомогательный блок 14 топливного элемента осуществляют непрерывно и при этом водород подают в нагревательный узел 12 (S600).In this state, the temperature of the heating unit 12 is compared with a predetermined temperature α (S500). When it is determined that the temperature of the heating unit 12 is lower than a predetermined temperature α, the hydrogen is supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell continuously and hydrogen is supplied to the heating unit 12 (S600).

То есть, когда датчик 86 температуры регистрирует температуру нагревательного узла 12 и передает ее в контроллер 90, а датчик 84 расхода регистрирует количество водорода, выделяющегося из разделителя 30 газа/жидкости, и передает его в контроллер 90, этот контроллер 90 сравнивает температуру нагревательного узла 12 с заданной температурой α. При этом, когда определено, что температура нагревательного узла 12 ниже заданной температуры α, контроллер 90 определяет количество водорода, выходящего из разделителя 30 газа/жидкости, по электрическому сигналу, передаваемому от датчика 84 расхода. Затем контроллер 90 регулирует количество водорода, подаваемое в нагревательный узел 12, и количество водорода, подаваемое во вспомогательный блок 14 топливного элемента, посредством регулирования степени открывания клапана 76 открытия/закрытия. В соответствии с этим определенное количество водорода подают в нагревательный узел 12 для использования там в качестве источника тепла и определенное количество водорода подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента для использования там в качестве топлива.That is, when the temperature sensor 86 detects the temperature of the heating unit 12 and transfers it to the controller 90, and the flow sensor 84 detects the amount of hydrogen released from the gas / liquid separator 30 and transfers it to the controller 90, this controller 90 compares the temperature of the heating unit 12 with a given temperature α. Moreover, when it is determined that the temperature of the heating unit 12 is lower than the predetermined temperature α, the controller 90 determines the amount of hydrogen exiting the gas / liquid separator 30 from the electric signal transmitted from the flow sensor 84. Then, the controller 90 adjusts the amount of hydrogen supplied to the heating unit 12 and the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit of the fuel cell by adjusting the degree of opening of the open / close valve 76. Accordingly, a certain amount of hydrogen is supplied to the heating unit 12 for use there as a heat source, and a certain amount of hydrogen is supplied to the auxiliary unit 14 of the fuel cell for use there as fuel.

Когда температура нагревательного узла 12 выше заданной температуры β во время процесса нагревания и процесса генерации электроэнергии, подачу водорода в нагревательный узел 12 блокируют и водород непрерывно подают во вспомогательный блок 14 топливного элемента, что повторяется (S700).When the temperature of the heating unit 12 is higher than the predetermined temperature β during the heating process and the power generation process, the supply of hydrogen to the heating unit 12 is blocked and hydrogen is continuously supplied to the auxiliary fuel cell unit 14, which is repeated (S700).

В соответствии с системой топливного элемента согласно настоящему изобретению топливо и воздух, подаваемые в блок топливного элемента, нагревают посредством использования водорода, образующегося на аноде в результате реакции, поэтому не требуется дополнительная энергия для нагрева топлива и воздуха, что улучшает рабочие характеристики системы топливного элемента. Кроме того, водород, образующийся на аноде, используют в качестве дополнительного топлива в блоке топливного элемента, что повышает энергетический кпд топливного элемента.According to the fuel cell system of the present invention, fuel and air supplied to the fuel cell block are heated by using hydrogen generated at the anode as a result of the reaction, therefore, no additional energy is required to heat the fuel and air, which improves the performance of the fuel cell system. In addition, hydrogen generated at the anode is used as additional fuel in the fuel cell unit, which increases the energy efficiency of the fuel cell.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что возможны различные модификации и изменения в настоящем изобретении без отхода от сущности или объема изобретения. Таким образом подразумевается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения изобретения при условии, что они входят в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.Those skilled in the art will understand that various modifications and changes are possible in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Thus, it is intended that the present invention covers such modifications and variations of the invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims

1. A fuel cell system comprising:

the main unit of the fuel cell, in which the anode and cathode are located in such a state that an electrolyte membrane is placed between them;

a fuel supply unit connected to the anode of the main unit of the fuel cell via a fuel supply line for supplying hydrogen-containing fuel to the anode;

an air supply unit connected to the cathode of the main unit of the fuel cell via an air supply line for supplying oxygen-containing air to the cathode;

an auxiliary fuel cell unit for using hydrogen generated at the anode during the reaction as fuel;

a gas / liquid separator for producing hydrogen generated in the main unit of the fuel cell as a result of the reaction; and

a recirculation line connected between the gas / liquid separator and the fuel supply unit for re-collecting the fuel leaving the gas / liquid separator into the fuel tank.

2. A fuel cell system comprising:

the main unit of the fuel cell, in which the anode and cathode are located so that an electrolyte membrane is placed between them;

a heating unit installed between the fuel supply line and the air supply line for heating fuel and air supplied to the main unit of the fuel cell by using hydrogen generated on the anode as a result of the reaction as a heat source; and

an auxiliary fuel cell unit for using hydrogen generated at the anode during the reaction as fuel.

3. The fuel cell system according to claim 2, further comprising: a gas / liquid separator for producing hydrogen generated in the main fuel cell unit as a result of the reaction; and a recirculation line connected between the gas / liquid separator and the fuel supply unit for re-collecting the fuel exiting the gas / liquid separator into the fuel tank.

4. The fuel cell system according to claim 3, wherein an open / close valve is installed between said two flow channels for selectively opening either a flow channel connecting the heating unit and the gas / liquid separator, or a flow channel connecting the auxiliary fuel cell unit and the gas separator / liquids.

5. The fuel cell system according to claim 3, in which the heating unit contains:

a housing to which respectively a fuel line is connected for passage of fuel supplied to the anode of the main unit of the fuel cell, and an air line for passage of air supplied to the cathode;

a blower fan mounted on this housing for blowing outside air into the housing; and

a combustion chamber, inside which a catalyst is installed and into which oxygen-containing air is blown in, injected by a blower fan, and hydrogen released from the gas / liquid separator.

6. A method of controlling a fuel cell system, including:

the first stage of hydrogen generation at the anode of the main unit of the fuel cell as a result of the reaction;

the second stage of supplying hydrogen released at the anode to the auxiliary unit of the fuel cell; and a third step of controlling the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit of the fuel cell.

7. The method according to claim 6, in which, in a third step, the controller adjusts the degree of opening of the open / close valve to thereby control the amount of hydrogen supplied to the auxiliary unit of the fuel cell when transmitting to this controller an electric signal from a flow sensor that determines the amount of hydrogen leaving the gas / liquid separator,

8. A method of controlling a fuel cell system, including:

the second stage of supplying hydrogen released at the anode to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell; and a third step of controlling the amount of hydrogen supplied to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell in accordance with the temperature of the heating unit.

9. The method of claim 8, in which in the third step, the controller compares the temperature of the heating unit with a predetermined temperature to thereby control the degree of opening of the open / close valve when the temperature sensor installed on the heating unit determines one of the temperatures of the fuel, air and catalyst to transfer it to the controller.

10. A method of controlling a fuel cell system, including:

the second stage of supplying hydrogen released at the anode to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell; and

the third stage of regulating the amount of hydrogen supplied to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell, in accordance with the current supplied from the auxiliary unit of the fuel element.

11. The method of claim 10, wherein the controller adjusts the opening degree of the open / close valve by comparing the current supplied from the auxiliary fuel cell unit with a predetermined value.

12. A method of controlling a fuel cell system, including:

the third step is to control the amount of hydrogen supplied to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell in accordance with the temperature of the heating unit and the amount of hydrogen released at the anode.

13. The method according to item 12, in which at the third stage, the controller adjusts the degree of opening of the opening / closing valve after estimating the amount of hydrogen released from the gas / liquid separator, in accordance with the electrical signal transmitted from the flow sensor, thereby controlling the amount of hydrogen supplied to the heating unit and the auxiliary unit of the fuel cell when the flow sensor detects the amount of hydrogen leaving the gas / liquid separator for transferring it to the controller.