[发明专利]燃料电池系统及其增湿设备

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张2011年11月23日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请号为10-2011-0123216的优先权和利益，其全文通过参考被引用在此。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及燃料电池系统。更具体地，本发明涉及提高燃料电池堆性能的燃料电池系统及其操作方法。

背景技术

燃料电池是一种通过与氧或其它氧化剂进行化学反应将燃料的化学能转化为电能的发电系统。典型地，氢是最常见的燃料，但碳氢化合物例如天然气和类似甲醇的醇类有时被用做可选燃料。

燃料电池系统典型地包括电池堆，电池堆包括多个形成发电组件的单个的燃料电池，每一个具有允许电荷在燃料电池的两侧移动的阴极和阳极。燃料电池系统还包括给燃料电池的阴极供应空气的空气供应设备和给燃料电池的阳极供应氢的氢气供应设备。这里，高温和润湿的空气从燃料电池的阴极排出，并且在高功率操作时高温和干燥的空气从那里排出。进一步，含有水分的没有反应的氢从燃料电池的阳极被排出。

此外，燃料电池系统包括增湿从空气供应设备供应的空气与从燃料电池的阴极排出的空气的增湿器。因此，该增湿器增湿从空气供应设备供应的空气与从该燃料电池的阴极排出的空气以便向阴极供应增湿后的空气。

然而，传统地，供应空气通过从燃料电池的阴极经过隔膜排出的空气来增湿且该增湿后的空气然后被供应到阴极，因此燃料电池的增湿效果在某些场合可能不充分。

进一步，传统燃料电池系统的另一个问题是当燃料电池启动时，该燃料电池由于降低系统的耐久性的OCV(开路电压)而加速了催化层的退化。作为这个问题的一个解决方法，当该系统启动时，独立的氢清洗设备被用来以氢清洗该燃料电池。然而，清洗系统的增加，不仅使该系统复杂化而且增加成本。

上述在背景部分公开的信息仅为了加强本发明的背景技术的理解，因此，它可能包含不构成本领域技术人员在本国家已经知道的现有技术的信息。

发明内容

本发明努力提供一燃料电池系统和操作该燃料电池系统的方法，其在系统启动时能够用氢清洗燃料电池，同时具有简单的结构，并且在系统正常运行时提高了燃料电池的湿度。

根据本发明示例性实施例的燃料电池系统可包括电池堆，该电池堆包含燃料电池的发电组件、供应空气到燃料电池的阴极的空气供应单元、增湿从阴极排出的排出空气和从空气供应单元供应的供应空气的增湿器、供应氢到燃料电池的阳极的氢供应单元和捕获由阳极产生的冷凝物并排出冷凝物的水捕集器。该供应空气可供应到增湿器的上游侧并且在水捕集器中捕获的冷凝物可供应到增湿器的上游侧。由氢供应单元供应的氢可供应到阳极且从阳极排出的氢可经水捕集器供应到增湿器的上游侧。

在本发明的一些示例性实施例中，燃料电池的氢清洗可通过将氢经增湿器供应到阴极来实现。

冷凝物也可在增湿器的上游侧注入，水捕集器可通过冷凝物排出管线连接到增湿器，且排水阀可设置在冷凝物排出管线上。排水阀可通过由控制器产生的控制信号来操作。可通过冷凝物排出管线排出的冷凝物可由供应空气的压力在增湿器的上游侧注入。

注射部可布置在冷凝物排出管线的末端部分以在增湿器的上游侧注入冷凝物。增湿器可使用排出气体和冷凝物来增湿供应空气，并且增湿的空气可被供应到阴极。

燃料电池系统可进一步包括将在水捕集器中被捕获的冷凝物供应到增湿器的冷凝排物出管线、供应从阴极排出到增湿器的排出空气的排出空气供应管线和供应增湿的空气到阴极的增湿空气供应管线。

当燃料电池启动时，从氢供应单元供应的氢可被供应到阳极，从阳极排出的并可在水捕集器中捕集的氢可通过冷凝排出管线供应到增湿器，并且通过增湿器的氢可通过增湿空气供应管线供应到阴极来进行燃料电池的氢清洗。

根据本发明的示例性实施例的燃料电池系统可包括电池堆，该电池堆包含燃料电池的发电组件、供应空气到燃料电池的阴极的空气供应单元、增湿从阴极排出的排出空气和从空气供应单元供应的供应空气的增湿器、供应氢到燃料电池的阳极的氢供应单元，和捕获在阳极产生的冷凝物并排出冷凝物的水捕集器。当燃料电池启动时，由氢供应单元供应的氢可被供应到阳极，从阳极排出的并在水捕集器中捕获的氢可通过冷凝物排出管线供应到增湿器，并且经增湿器的氢可通过增湿空气供应管线供应到阴极来进行燃料电池的氢清洗。