燃料电池系统技术方案

燃料电池系统(100)具有燃料电池(60)、重整器(51)、利用燃 料电池的阳极废气作为燃料加热重整器的燃烧器(52)、和比例控制器 (10)，该比例控制器(10)根据燃烧器内气流方向上的温度分布控制 供给到燃烧器的燃烧成分的比例。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有燃料电池的燃料电池系统。 相关技术的说明燃料电池通常通过使用氢和氧作为燃料发电。因为燃料电池在环 境和获得高能效的能力的方面的优势，所以已经进行了广泛的开发以 使用燃料电池作为未来的能量供给系统。目前，在许多燃料电池中，利用重整器由诸如汽油、天然气或曱 醇的烃基燃料中产生含氢的重整气体，并将所产生的重整气体供给到 燃料电池的阳极。在重整器中，通过例如使用蒸汽的蒸汽重整反应进 行重整。因为蒸汽重整反应是吸热反应，所以加热重整器以促进重整反应。 为此，开发了利用燃烧器等向重整器供热的燃料电池系统。例如，日本专利申请公开No. JP-A-2005-235583描述了使用阳极废气作为燃料 气体来加热重整器的技术。根据该技术，获得了高的重整效率。然而，因为重整气体中包含的曱烷的比例根据重整器中的条件变 化，所以阳极废气中甲烷的比例也变化。因为曱烷难以燃烧，所以在 重整器内部可能出现温度分布。结果，燃烧器可能不能产生足够的热。
技术实现思路
本专利技术提供将足够的热供给到重整器中的燃料电池系统。本专利技术的一个方面提供了燃料电池系统，该电池系统具有燃料电 池、重整器、利用所述燃料电池的阳极废气作为燃料加热所述重整器 的燃烧器、和根据在所述燃烧器内部的气流方向上的温度分布控制供 给到所述燃烧器的燃烧成分的比例的比例控制器。根据该方面，促进了燃烧器中的燃烧。结果，将足量的热提供到重整器中。如果在所述燃烧器内部的所述气流方向上的温度分布宽度超过规定值，则所述比例控制器可以增加供给到所述燃烧器的助燃气体的量。在该情况下，促进了所述燃烧器中的燃烧。结果，将足够的热供给到所述重整器中。还可以避免所述比例控制器的不必要控制。随着在所述燃烧器内部的气流方向上的温度分布宽度变大，所述比例控制器可以增加供给到所述燃烧器内部的助燃气体的量。在该情况下，有效地促进了燃烧器中的燃烧。因此，将足够的热有效地供给到所述重整器中。如果所述燃烧器中的过量的氧的比例超it^定比率，则所述比例控制器可以增加阳极废气中的氢的量。因为氢容易燃烧，所以促进了燃烧器中的燃烧。如此，可以有效地提供足够的热。也抑制了因燃烧器中过量的氧的比例的不必要增加而引起的燃烧器中温度的降低。随着在所述燃烧器内部的气流方向上的温度分布宽度变大，所述比例控制器也可以增加阳极废气中的氢的量。在该情况下，有效地促进了燃烧器中的燃烧。因此，将足够的热有效地提供到所述重整器中。还可以提供获取在所述燃烧器内部的气流方向上的温度分布宽度的温度分布宽度获取单元。在该情况下，所述比例控制器基于由所述温度分布宽度获取单元获取的温度分布宽度控制燃烧成分的比例。还可以提气中的成分比例的成分比例预测单元，所述比例控制器可以基于由所述成分比例预测单元预测的成分比例控制燃烧成分的比例。在该情况下，促进了燃烧器中的燃烧。阳祝爽气可以包括难以燃烧的气体，成分比例预测单元可以预测难以燃烧的气体的比例，如果由所述成分比例预测单元预测的难以燃烧的气体的比例等于或超过第一规定值，则比例控制器可以增加助燃气体的量。在该情况下，促进了难以燃烧的气体的燃烧，并且可以抑制助燃气体的不必要增加。如此，抑制了燃烧器中的温度降低。结果，提高了燃烧器中的燃烧效率。如果由成分比例预测单元预测的难以燃烧的气体的比例等于或超过第二规定值，则比例控制器可以减少燃料电池所消耗的氢的量，其中所述第二规定值大于所述第一规定值。在该情况下，促进了燃烧器中的燃烧。还可以提供获取在所述燃烧器内的平均温度的温度获取单元、和基于由所述温度获取单元获取的平均温度确定所述第 一规定值和所述第二规定值的确定单元。在该情况下，根据燃烧器中的温度，可以避免助燃气体的不必要增加，还可以避免所消耗的氲的量的不必要减少。例获取i元，^述比例控制器可以基于由所i助燃气体比例获^单元获该情况下，阳极废气有效地燃烧。如此，将足够的热供给到重整器。还可以提供获取所述燃烧器的最低温度的最低温度获取单元、和基于由所述最低温度获取单元获取的最低温度确定是否操作所述比例控制器的第一确定单元。如果必需的热供给到了重整器，则停止比例控制器的操作。如此，避免了比例控制器的不必要控制。还可以提供获取供给到所述重整器的重整前燃料的量的重整前燃料量获取单元、和基于由所述重整前燃料量获取单元获取的重整前燃料的量确定是否操作所述比例控制器的第二确定单元。在该情况下，如果阳极废气的供给量小，则所述比例控制器单元停止操作。如此，避免了比例控制器的不必要控制。附图说明参照附图，从以下示例性实施方案的描述中，本专利技术的前述和其它目的、特征和优点会变得明显，附图中类似的附图标记用于表示类似的要素/元件，其中图l是根据本专利技术第一实施方案的燃料电池系统的整体构造的示意图2是显示功率指令值和所需空气量之间的关系的 一个实例的图3是显示功率指令值和所需的重整前燃料量之间的关系的一个实例的图4是显示所需的重整前燃料量和温差极限之间的关系的一个实例的图；图5是显示燃烧成分比例控制器进行的控制过程的一个实例的流程图6是显示燃烧器中温度分布宽度、摩尔比R和过量空气比例k之间的关系的一个实例的图；以及图7是显示燃烧成分比例控制器进行的控制过程的一个实例的流程图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的一些实施方案。图1是根据本专利技术第一实施方案的燃料电池系统100的整体构造的示意图。如图1所示，燃料电池系统100具有控制器10、重整前燃料罐20、燃料泵30、量调节阀40、重整器50、燃料电池60、和空气泵70、 80。重整前燃料罐20储存待供给到下文所述的重整单元51的重整前燃料。该实施方案使用烃燃料作为重整前燃料。燃料泵30将储存在重整前燃料罐20中的重整前燃料供给到重整单元51 。量调节阀40调节供给到重整单元51的重整前燃料的量。重整器50由重整前燃料产生含氢的重整气体。除了重整单元51之外，重整器50还具有燃烧器52、第一温度传感器53、第二温度传感器54、和过量空气比例X传感器55。第一温度传感器53设置在燃烧器52中的上游处。第二温度传感器54设置在燃烧器52中的下游处。第一温度传感器53可以设置在燃烧器52的催化剂入口附近，第二温度传感器54可以设置在燃烧器52的催化剂出口附近。第一温度传感器53和第二温度传感器54可以设置在重整单元51的催化剂中。在该情况下，第一温度传感器53可以设置于重整单元51的燃烧器52入口侧的催化剂中，第二温度传感器54可以设置于重整单元51的燃烧器52的出口侧的催化剂中。空气过量比例X传感器55设置在从外部与燃烧器52连通的排放系统中。空气过量比例k表示供给到燃烧器52的氧的量与燃烧器52中完全燃烧所需的氧的量的比例。燃料电池60具有阴极61、阳极62、冷却单元63、电压计64、和电流计65。空气泵70将空气供给到阴极61，空气泵80将空气供给到冷却单元63。控制器10包括CPU (中央处理单元)、ROM (只读存储器)和RAM (随机存取存储器)。控制器10基于由第一温度传感器53、第二温度传感器54、空气过量比例k传感器55、电压计64、和电流计65提供的检测结果控制燃料电池系统100的各个部分。详情在下文描述。在该实施方案中，使用氢分离膜燃料电池作为燃料电池60。氢分离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：　燃料电池；　重整器；　利用所述燃料电池的阳极废气作为燃料加热所述重整器的燃烧器；和　根据在所述燃烧器内部的气流方向上的温度分布控制供给到所述燃烧器的燃烧成分的比例的比例控制器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.8.31 JP 234828/20061. 一种燃料电池系统，包括燃料电池；重整器；利用所述燃料电池的阳极废气作为燃料加热所述重整器的燃烧器；和根据在所述燃烧器内部的气流方向上的温度分布控制供给到所述燃烧器的燃烧成分的比例的比例控制器。2. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中如果在所述燃烧器内部 的所述气流方向上的温度分布宽度超过规定值，则所述比例控制器增加 供给到所述燃烧器的助燃气体的量。3. 根据权利要求l所述的燃料电池系统，其中随着在所述燃烧器内部 的所述气流方向上的温度分布宽度变大，所述比例控制器增加供给到所 述燃烧器的助燃气体的量。4. 根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中如果所述燃烧器中过量的氧的比例超过规定比率，则所述比例控制器增加在所述阳极废气中的 氢的量。5. 根据权利要求2~4中任一项所述的燃料电池系统，其中随着在所述 燃烧器内部的所述气流方向上的所述温度分布宽度变大，所述比例控制 器增加在所述阳极废气中的氢的量。6. 根据权利要求2~5中任一项所述的燃料电池系统，还包括获取在所 述燃烧器内部的所述气流方向上的所述温度分布宽度的温度分布宽度 获取单元。7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，还包括基于由所述温度分布其中所述比例控制器基于由所述成分比例预测单元预测的成分比 例控制所述燃烧成分的比例。8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中， 所述阳极废气包括难以燃烧的气体；所述成分比例预测单元预测在所述阳极废气中的难以燃烧的气体 的比例；和如果由所述成分比例预测单元预测的难以燃烧的气体的比例等于 或超过第一规定...

【专利技术属性】
技术研发人员：增井孝年，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：JP