[其他]燃料电池电源系统

说明书

一种燃料电池电源系统，包括把碳氢燃料转化为富氢燃气的燃料调整装置和把燃气转化为电能的燃料电池组。该燃料电池组包含正极燃气室、负极燃气室和燃气冷却室。正极燃气室的入口通过燃气馈送管路与燃料调整装置连接；负极燃气室与作业空气供给装置连接；燃气冷却室的两端口与配有热交换器和鼓风机的冷却剂循环管路连接。本系统的特征在于：该燃气馈送管路和冷却剂循环管路，经由配有阀门的管路彼此连接，以使所述的富氢燃气从所述的燃气馈送管路输入所述的冷却循环管路，或反之。

本发明涉及一种燃料电池电源系统，更具体地说，涉及一种配有燃料调整装置的燃料电池电源系统。

在间接型的燃料电池电源系统中，借助燃料调整装置或燃料处理器，碳氢燃料可转化为富氢燃气，然后供给燃料电池组，在该电池组中，燃气与空气中的氧气进行电化学反应所产生的能量被转化为电能。由于燃料电池系统产生的电能取决于燃料供料速率，所以供给燃料电池的燃气量必须随负载的变化而增减。然而，由于即使送进燃料调整装置的碳氢燃料量快速增加，重整反应速率不能快速增加，所以用这种燃料调整装置不能快速增加燃气产量。因此，在轻负载运行期间，如果负载快速增加，则会出现燃气的供给速率暂时不足的现象。

为了克服这一缺陷，已有人建议在燃料调整装置和燃料电池组之间配备储气箱。在这种系统中，富氢燃气被储存在该气箱里，以当负载快速增加时，向燃料电池组供应所缺的燃气。然而，这种系统需要配备大容量储气箱，这种系统尺寸过大。也已有人提出应用高功能的燃料调整装置，它所产生的富氢燃气量大于燃料电池组工作时的需要量，而剩余的燃气则经配有流量调节阀的旁通管流回燃料调整装置。然而，这种系统致使燃料调整装置的尺寸大为增加，并使燃料电池电源系统的总效率降低。

由于燃料电池中的电化学反应伴随有热的产生，所以必须清除反应产生的部分热量，才能使燃料电池组的温度保持在预定值。为此，通常把空气用作为冷却剂，送至燃料电池组。然而，因为空气的热导率低（一般为2.6×10^-4瓦/米·度），所以这样的一种燃料电池系统需用大型鼓风机和大型热交换器，但这会降低燃料电池系统的总效率。

采用磷酸电解质燃料电池系统通常工作在180～200摄氏度，但系统不工作时，其温度保持在70摄氏度左右，以防止电解液劣化。因此，当启动燃料电池系统时，需要把燃料电池组加热到其工作温度。为此，通过向装在空气循环管路中的电加热器通电或向配置在该循环管路中的热交换器输送蒸汽，来加热该循环管路中的作业空气和/或冷却空气。但是，用电加热器需要电源，而用蒸汽需要附加的蒸汽发生装置，它是与用于向燃料调整装置供汽的蒸汽发生装置分开的。

因此，本发明的一个目的，是要克服通常的燃料电池电源系统的上述缺点，提供这样一种改进的燃料电池电源系统，它具有很好的响应负载变化的特性和高的总效率。

本发明的另一个目的，是要提供这样一种改进的燃料电池电源系统，它可使用小型设备（例如小鼓风机）而又不降低系统的性能。

本发明的再一个目的，是要提供一种改进的燃料电池电源系统，它可启动燃料电池组而不使用任何独立的热发生装置。

通过提供一种燃料电池电源系统（它包括把碳氢燃料转化为富氢燃气的燃料调整装置，和把这种燃气转化为电能的燃料电池组）来实现本发明的上述诸目的。其中，所述的燃料电池组包括正极燃气室、负极燃气室和燃气冷却室。正极燃气室的进口通过燃气馈送管路与燃料调整装置相接;负极燃气室接到作业空气供给装置上;而燃气冷却室的两端与配有热交换器和鼓风机的冷却剂循环管路相接。本系统的特征在于：经由配有阀门的管路，上述的燃气馈送管路和冷却剂循环管路相互连接，以便把上述富氢燃气从上述的燃气馈送管路，供到上述的冷却剂循环管路，或反之。

在本发明推荐的一个最佳实施例中，装于与燃气馈送管路和冷却剂循环管路两端连接的管路中的阀门可被适应地打开，以便把在循环管路中的部分富氢燃气供入燃气馈送管路，以求在负载快速增加时，能弥补供给燃料电池组的燃气不足。