專利名稱：用于燃料電池裝置的方法和控制結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
燃料電池是被提供有反應(yīng)物以產(chǎn)生電能的電化學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
圖1示出了包括陽極側(cè)100和陰極側(cè)102以及位于它們之間的電解質(zhì)104的燃料 電池。饋送至燃料電池裝置的反應(yīng)物經(jīng)歷了其中由于放熱反應(yīng)而產(chǎn)生了電能和水的過程。 在固體氧化物燃料電池(SOFC)中，饋送至陰極側(cè)的氧從陰極接收電子，也就是說，氧被還 原為負(fù)氧離子，負(fù)氧離子經(jīng)過電解質(zhì)到達(dá)陽極并在陽極與所使用的燃料相結(jié)合，產(chǎn)生水和 二氧化碳。陽極和陰極之間是外部電路，電子通過該外部電路傳送至陰極。通常將如甲烷的天然氣和包含較高水平的碳化合物的氣體用作SOFC中的燃料， 然而，在將這些氣體饋送至燃料電池前需要對(duì)這些氣體進(jìn)行預(yù)處理，以防止積碳的形成 (即，焦化)。在焦化時(shí)，碳?xì)浠衔餆岱纸?，并產(chǎn)生粘附在燃料電池裝置的表面并吸附在如 鎳顆粒的催化劑上的碳。在焦化過程中產(chǎn)生的碳覆蓋了燃料電池裝置的活性表面的一部 分，從而使燃料電池過程的反應(yīng)性顯著劣化。這些碳甚至可能完全阻塞燃料通路。因此，防止焦化對(duì)于確保燃料電池具有較長使用壽命非常重要。防止焦化還節(jié)省 了催化劑(即，在燃料電池中用于加速反應(yīng)的物質(zhì)(鎳、鉬等))。氣體預(yù)處理需要水，水被 提供至燃料電池裝置。在氧離子和燃料(即，陽極上的氣體)結(jié)合的過程中產(chǎn)生的水也可 以被用于氣體的預(yù)處理。為了使現(xiàn)有技術(shù)中的氣體預(yù)處理成功，必須充分準(zhǔn)確地知道在反饋結(jié)構(gòu)中通過陽 極而循環(huán)的氣體的組成。尤其必須控制氧/碳(0/C)比并且在某種程度上還要控制氫/碳 (H/C)比，以避免積碳形成的最危險(xiǎn)的反應(yīng)環(huán)境?，F(xiàn)有技術(shù)的問題是，氣體預(yù)處理需要使用如氣體色譜的復(fù)雜且昂貴的在線測(cè)量裝 置來確定將要循環(huán)的氣體的組分，以便能夠確保以適于該過程的方式來執(zhí)行氣體預(yù)處理。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池的實(shí)現(xiàn)，無需復(fù)雜昂貴的連續(xù)測(cè)量裝置就可以 將該燃料電池保持在安全的工作限度之內(nèi)。這是通過產(chǎn)生電能的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)來實(shí) 現(xiàn)的，該燃料電池裝置結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)燃料電池陽極和陰極、用于在所述陽極和所述陰 極之間傳送離子的電解質(zhì)以及與所述電解質(zhì)分開的用于電子從所述陽極行進(jìn)至所述陰極 的通路。針對(duì)所述燃料電池裝置，實(shí)現(xiàn)了用于防止積碳形成的控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)包括 計(jì)算裝置，該計(jì)算裝置用于針對(duì)燃料的反饋循環(huán)計(jì)算基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡的一個(gè)或更 多個(gè)熱力學(xué)平衡模型；和用于執(zhí)行以下處理的裝置通過使燃料經(jīng)由所述燃料電池陽極在 反饋結(jié)構(gòu)中循環(huán)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)；至少根據(jù)電流和燃料流速產(chǎn)生循環(huán)中的測(cè)量值；通過計(jì)算來 確定所述燃料的組成；利用所述測(cè)量值和燃料組成，基于將要循環(huán)的所述燃料的熱力學(xué)平 衡模型來計(jì)算設(shè)定的轉(zhuǎn)換值；以及在必要的情況下，重復(fù)所述計(jì)算以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)換值，依靠 所述轉(zhuǎn)換值，能夠確定所述燃料組成的計(jì)算將會(huì)以足夠的精度收斂，并且通過利用所述轉(zhuǎn)換值，可以將所述燃料電池裝置的操作設(shè)定為保持在根據(jù)所述熱力學(xué)平衡模型的安全限度 內(nèi)。本發(fā)明還涉及一種利用燃料電池技術(shù)產(chǎn)生電能的方法，在該方法中，通過位于所 述燃料電池的陽極和陰極之間的電解質(zhì)來傳送離子，并且經(jīng)由與所述電解質(zhì)分開的通路從 所述陽極向所述陰極傳送電子。在該方法中，為了防止積碳的形成，執(zhí)行如下階段針對(duì)燃 料的反饋循環(huán)計(jì)算基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡的一個(gè)或更多個(gè)熱力學(xué)平衡模型；和利用如下 步驟經(jīng)由所述燃料電池陽極在反饋結(jié)構(gòu)中執(zhí)行所述燃料的循環(huán)至少根據(jù)電流和燃料流速 產(chǎn)生循環(huán)中的測(cè)量值；通過計(jì)算來確定所述燃料的組成；利用所述測(cè)量值和燃料組成，基 于將要循環(huán)的所述燃料的所述熱力學(xué)平衡模型來計(jì)算所設(shè)置的轉(zhuǎn)換值；以及在必要的情況 下，重復(fù)所述計(jì)算以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)換值，依靠所述轉(zhuǎn)換值，能夠確定所述燃料組成的計(jì)算將會(huì) 以足夠的精度收斂，并且通過利用所述轉(zhuǎn)換值，可以將所述燃料電池裝置的操作設(shè)定為保 持在根據(jù)所述熱力學(xué)平衡模型的安全限度內(nèi)。本發(fā)明基于如下事實(shí)，基于燃料電池過程的熱力學(xué)平衡以及期望的氧和碳之間的 比，計(jì)算出了各種化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡模型，至少將電流和燃料流速的數(shù)值設(shè)置為已知值。 通過計(jì)算來確定燃料的組成。在燃料電池過程中，基于至少針對(duì)燃料流速和電流而產(chǎn)生的 測(cè)量值并基于通過計(jì)算而確定的燃料組成，在燃料的反饋循環(huán)中使用所述熱力模型，并且， 通過計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)或更多個(gè)熱力平衡模型是燃料電池過程的保持在設(shè)定的安全限度 內(nèi)的操作模式。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)使得能夠無須單獨(dú)的水供應(yīng)就可在反饋結(jié)構(gòu)中進(jìn)行安全的燃 料循環(huán)，同時(shí)提高燃料的利用率(即，提高燃料電池過程中的電能產(chǎn)生效率)。本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在于，在不需要使用如氣體色譜的復(fù)雜且昂貴的連續(xù)在線測(cè)量裝置的情況下能 夠安全地使用燃料電池裝置(防止了焦化)。


圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的燃料電池的實(shí)現(xiàn)。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的燃料電池裝置的實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式燃料電池是可以用于高效率并環(huán)保地產(chǎn)生電能的電化學(xué)裝置。燃料電池技術(shù)被認(rèn) 為是能源生產(chǎn)的最有前途的未來形式之一。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式涉及SOFC裝置，即，固體氧化物燃料電池。圖2示出了根 據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的SOFC裝置，該SOFC裝置例如可以使用天然氣、沼氣、或者甲醇或 包含碳?xì)浠衔锏钠渌衔镒鳛槿剂?。如圖2所示的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)包括板狀燃料電 池，各個(gè)燃料電池都包括圖1所示的陽極100和陰極102，并且在圖2中，燃料電池以堆構(gòu) 造103(S0FC堆)組合起來。燃料經(jīng)由陽極在反饋結(jié)構(gòu)中循環(huán)。電解質(zhì)104位于燃料電池 的陽極和陰極之間。向陰極側(cè)102提供氧，氧從陰極接收電子，S卩，氧被還原為負(fù)氧離子，負(fù) 氧離子經(jīng)過電解質(zhì)到達(dá)陽極，并在陽極與所使用的燃料相結(jié)合，產(chǎn)生水和二氧化碳。陽極和 陰極之間具有單獨(dú)的通路108(即，外部電路)，經(jīng)由該通路108電子(即，電流)經(jīng)過負(fù)載 到達(dá)陰極。
圖2所示的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)包括燃料換熱器105和重整器107。換熱器用于控 制燃料電池過程的熱平衡，并且在燃料電池裝置中的不同位置處可以具有若干個(gè)換熱器。 循環(huán)氣體中的過多熱能在換熱器中被回收，以在燃料電池裝置或區(qū)域加熱網(wǎng)絡(luò)中的其它位 置處使用。因此，用于回收熱量的換熱器可以位于與圖2所示的位置不同的位置處。重整 器是將如天然氣的燃料轉(zhuǎn)換為適于燃料電池的形式(例如，重整為一半為氫氣以及剩余部 分為甲烷、二氧化碳以及惰性氣體的氣體混合物)的裝置。然而，并不是在全部燃料電池的 實(shí)現(xiàn)中都需要重整器，也可以將未經(jīng)處理的燃料直接饋送給燃料電池103。在燃料電池103的陽極100上燃燒的燃料的僅一部分在反饋結(jié)構(gòu)中通過陽極循 環(huán)，因此，圖2示意性示出了從陽極100排出114燃料的剩余部分。圖2所示的根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的燃料電池裝置的使用包括用于防止積碳 形成的控制結(jié)構(gòu)，所述控制結(jié)構(gòu)包括計(jì)算機(jī)作為計(jì)算裝置110，以針對(duì)燃料通過陽極100 的反饋109循環(huán)計(jì)算基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡的一個(gè)或更多個(gè)平衡模型?？梢酝ㄟ^控制 計(jì)算機(jī)110(該控制計(jì)算機(jī)110例如是可編程邏輯(PLC，可編程邏輯控制器)或者其它基 于處理器的計(jì)算機(jī))結(jié)合燃料電池過程來執(zhí)行所述計(jì)算過程。還可以在與燃料電池裝置 自身所處位置不同位置處的計(jì)算機(jī)的處理器上將該計(jì)算過程執(zhí)行為提前計(jì)算(advance calculation) 0依靠提前計(jì)算過程，可以以熱力學(xué)平衡模型的形式產(chǎn)生該過程的熱力學(xué)平衡曲 線。這類計(jì)算可能相對(duì)較慢并且需要計(jì)算機(jī)的大量處理能力，計(jì)算機(jī)可以例如位于燃料電 池制造公司的產(chǎn)品開發(fā)部門。該計(jì)算過程基于如下事實(shí)在對(duì)產(chǎn)生電力的燃料電池過程進(jìn)行的計(jì)算中，電流以 及水的流速(在具有單獨(dú)的外部供水的燃料電池裝置中是必要的)作為已知值而給出。由 于根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的燃料電池裝置的高工作溫度，不必給出燃料電池過程的溫度 作為已知值。另一個(gè)已知值是燃料(例如，天然氣)的流速；優(yōu)選地是循環(huán)的總流速。針對(duì) 不同的化學(xué)反應(yīng)，可以發(fā)現(xiàn)每一個(gè)溫度的熱力學(xué)平衡曲線來作為熱力學(xué)平衡模型。在根據(jù) 本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式的燃料電池裝置的操作過程中，基本的化學(xué)反應(yīng)是例如氧在陰極上還 原為負(fù)氧離子以及氧離子與所使用的燃料在陽極上的結(jié)合(這產(chǎn)生了水和二氧化碳)。在 文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)針對(duì)燃料電池裝置過程中的不同溫度下的氧和碳之間的含量比的最優(yōu)值 中的一些值的預(yù)定值，通過這些預(yù)定值可以使積碳形成減到最小。在文獻(xiàn)中還可以發(fā)現(xiàn)能 夠計(jì)算不同的燃料組成的氧和碳的含量比的更優(yōu)值的計(jì)算方法。在燃料電池過程中，保持 水量的流速足夠高以確保該處理保持在積碳形成區(qū)外部是非常重要的。作為提前計(jì)算而執(zhí) 行的或者與燃料電池過程實(shí)時(shí)地執(zhí)行的計(jì)算過程是通過在用于計(jì)算燃料電池過程在已知 溫度處的化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)平衡模型的計(jì)算中利用所述給定已知值來進(jìn)行的。在提前計(jì)算 中，可以針對(duì)如循環(huán)流值的各種流值來產(chǎn)生平衡曲線。然而，對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)的成功 而言，計(jì)算多個(gè)平衡曲線并不是必需的。在根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的計(jì)算過程中，提前計(jì)算形成了三維(3D)矩陣，其中 水的供應(yīng)流、燃料的供應(yīng)流和電流是X軸、y軸和Z軸，并且在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的組分的質(zhì) 量百分比是矩陣中的χ軸、y軸和ζ軸的元素。為了減少變量數(shù)以及矩陣的維度，可以向用 于在系統(tǒng)計(jì)算中使用的結(jié)果數(shù)據(jù)應(yīng)用多項(xiàng)式。這樣能夠產(chǎn)生操作根據(jù)本發(fā)明的燃料電池裝 置所需要的足夠準(zhǔn)確的控制數(shù)據(jù)，并且能夠利用控制計(jì)算機(jī)110進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。向結(jié)果數(shù)據(jù)應(yīng)用多項(xiàng)式還使得可以從3D矩陣中消除電流，電流通常是通過瞬間效應(yīng)來影響燃料電 池過程的因素。然而，當(dāng)在燃料電池過程中實(shí)時(shí)地計(jì)算熱力學(xué)平衡模型時(shí)，并不一定要求所 述形成三維矩陣的步驟。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)中，控制計(jì)算機(jī)110被用作實(shí)現(xiàn)循環(huán)的裝置，在該計(jì)算機(jī)上 記錄了通過提前計(jì)算產(chǎn)生的或者在燃料電池過程中實(shí)時(shí)計(jì)算熱力學(xué)平衡模型所用的熱力 學(xué)平衡曲線。用于實(shí)現(xiàn)循環(huán)的裝置110、112通過使燃料在反饋結(jié)構(gòu)中循環(huán)并且通過利用測(cè) 量裝置112進(jìn)行測(cè)量來產(chǎn)生燃料流速、電流以及可能地還有水的流速、溫度及其它因素的 測(cè)量值。通過控制計(jì)算機(jī)110的計(jì)算，確定了關(guān)于燃料的組成的如氧和碳之間的含量比的 所需信息。在接下來的階段，控制計(jì)算機(jī)110用于利用所述測(cè)量值和所計(jì)算出的氧/碳比 而基于循環(huán)燃料的實(shí)時(shí)的熱力學(xué)平衡模型或提前計(jì)算平衡曲線來計(jì)算將要設(shè)置的改變的 值。通過迭代來重復(fù)所述計(jì)算，直到達(dá)到收斂狀態(tài)為止，此時(shí)可以發(fā)現(xiàn)對(duì)燃料的組成進(jìn)行的 計(jì)算以足夠的精度收斂，也就是說，在反饋結(jié)構(gòu)中循環(huán)到燃料電池的燃料的氧/碳比在計(jì) 算中不再變化。因此，在第一次或者多次迭代計(jì)算中產(chǎn)生了改變的值，利用該值可以將燃料 的組成設(shè)置為在操作燃料電池裝置期間收斂，即，收斂為保持在根據(jù)熱力學(xué)平衡模型或平 衡曲線的安全限度內(nèi)的操作。在該操作中，燃料的氧/碳含量比以非常高的精度保持為期 望值。實(shí)際上，測(cè)量電流對(duì)應(yīng)于測(cè)量氧離子量(S卩，氧通量)。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施所 需要的測(cè)量裝置112是代表基本測(cè)量技術(shù)的廉價(jià)的裝置，諸如流量計(jì)、電流計(jì)和溫度計(jì)，在 與燃料電池裝置有關(guān)的任何情況下都需要這些裝置。燃料組成所需要的信息是氧/碳比， 氧/碳比在收斂階段基于預(yù)定的安全限度來計(jì)算。燃料循環(huán)之間的時(shí)間差例如可以僅僅是 20ms，但是并不限于此。當(dāng)燃料電池過程的溫度變化時(shí)，可以通過新的轉(zhuǎn)換階段利用控制計(jì)算機(jī)100將燃 料電池裝置的操作調(diào)整為與新的、改變的溫度相符合的熱力學(xué)平衡曲線或熱力學(xué)模型。然 而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，由于SOFC燃料電池裝置的高工作溫度，這不是必需的。相 反，當(dāng)燃料流速、電流或者可能的在外部布置的水的流速發(fā)生變化時(shí)，新的轉(zhuǎn)換階段對(duì)于 SOFC具有實(shí)際的意義。這樣，即使在發(fā)生變化時(shí)，燃料電池裝置的操作也保持在安全限度 內(nèi)?？梢钥焖俚貓?zhí)行根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換階段，使得可以與燃料電池裝置的電能產(chǎn)生過程相 關(guān)地執(zhí)行這些轉(zhuǎn)換階段。例如，在750°C的工作溫度，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池裝置可以利用IMV或更少的額 定電力來發(fā)電(然而，并不限于所述溫度或額定電力)，并且該燃料電池裝置可連接至供電 系統(tǒng)和區(qū)域加熱網(wǎng)絡(luò)這兩者，區(qū)域加熱網(wǎng)絡(luò)回收從燃料電池裝置的操作中釋放出的熱能。盡管在以上說明中參照

了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些說明和附圖， 而是可以在所附權(quán)利要求中指定的限制范圍內(nèi)修改本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生電能的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)，其包括至少一個(gè)燃料電池陽極(100)和陰 極(102)、用于在所述陽極和所述陰極之間傳送離子的電解質(zhì)(104)以及與所述電解質(zhì)分 開并用于電子從所述陽極行進(jìn)至所述陰極的通路(108)，其特征在于，針對(duì)所述燃料電池裝 置，實(shí)現(xiàn)了用于防止形成積碳的控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)包括針對(duì)燃料的反饋(109)循環(huán)計(jì)算基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡的一個(gè)或更多個(gè)熱力學(xué)平 衡模型的計(jì)算裝置(110)；和裝置(110、112)，其用于執(zhí)行以下操作通過使燃料經(jīng)由所述燃料電池陽極(100)在反 饋結(jié)構(gòu)中循環(huán)而實(shí)現(xiàn)循環(huán)；至少根據(jù)電流和燃料流速產(chǎn)生循環(huán)中的測(cè)量值；通過計(jì)算來確 定所述燃料的組成；利用所述測(cè)量值和燃料組成，基于將要循環(huán)的所述燃料的所述熱力學(xué) 平衡模型來計(jì)算設(shè)定的轉(zhuǎn)換值；以及在必要的情況下，重復(fù)所述計(jì)算以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)換值，依 靠所述轉(zhuǎn)換值，能夠確定所述燃料組成的計(jì)算將會(huì)以足夠的精度收斂，并且通過利用所述 轉(zhuǎn)換值，能夠?qū)⑺鋈剂想姵匮b置的操作設(shè)定為保持在根據(jù)所述熱力學(xué)平衡模型的安全限 度內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述控制結(jié)構(gòu)包括計(jì)算裝 置(110)，該計(jì)算裝置(110)用于將熱力學(xué)平衡模型計(jì)算為通過提前計(jì)算產(chǎn)生的熱力學(xué)平 衡曲線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述燃料由包含碳?xì)浠?物的化合物組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述控制結(jié)構(gòu)包括計(jì)算裝 置(110)，該計(jì)算裝置(110)用于基于碳和氧之間的最優(yōu)含量比來計(jì)算熱力學(xué)平衡曲線，以 防止在燃料電池過程的一個(gè)或更多個(gè)溫度處形成積碳。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述控制結(jié)構(gòu)包括計(jì)算裝 置(110)，該計(jì)算裝置(110)用于形成三維矩陣，其中，水的供應(yīng)流、燃料的供應(yīng)流和電流是 χ軸、y軸和ζ軸，并且在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的組分的質(zhì)量百分比是所述矩陣中的χ軸、y軸和 Z軸的元素。
6.一種利用燃料電池技術(shù)來產(chǎn)生電能的方法，在該方法中，通過位于所述燃料電池的 陽極(100)和陰極(102)之間的電解質(zhì)(104)來傳送離子，并且經(jīng)由與所述電解質(zhì)分開的 通路(108)從所述陽極向所述陰極傳送電子，其特征在于，在該方法中，執(zhí)行以下階段以防 止積碳形成針對(duì)燃料的反饋(109)循環(huán)計(jì)算基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡的一個(gè)或更多個(gè)熱力學(xué)平 衡模型；和利用如下步驟經(jīng)由所述燃料電池陽極(100)在反饋結(jié)構(gòu)中執(zhí)行燃料的循環(huán)至少根據(jù) 電流和燃料流速產(chǎn)生循環(huán)中的測(cè)量值；通過計(jì)算來確定所述燃料的組成；利用所述測(cè)量值 和燃料組成，基于將要循環(huán)的所述燃料的所述熱力學(xué)平衡模型來計(jì)算設(shè)定的轉(zhuǎn)換值；以及 在必要的情況下，重復(fù)所述計(jì)算以產(chǎn)生所述轉(zhuǎn)換值，依靠所述轉(zhuǎn)換值，能夠確定所述燃料組 成的計(jì)算將會(huì)以足夠的精度收斂，并且通過利用所述轉(zhuǎn)換值，能夠?qū)⑺鋈剂想姵匮b置的 操作設(shè)定為保持在根據(jù)所述熱力學(xué)平衡模型的安全限度內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，利用通過提前計(jì)算產(chǎn)生的熱力學(xué)平衡曲 線來計(jì)算熱力學(xué)平衡模型。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述燃料由包含碳?xì)浠衔锏幕衔锝M成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，基于碳和氧之間的最優(yōu)含量比來計(jì)算所 述熱力學(xué)平衡曲線，以防止在燃料電池過程的一個(gè)或更多個(gè)溫度處形成積碳。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，通過計(jì)算形成三維矩陣，其中，水的供應(yīng) 流、燃料的供應(yīng)流和電流是χ軸、y軸和ζ軸，并且在化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的組分的質(zhì)量百分比 是所述矩陣中的χ軸、y軸和ζ軸的元素。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生電能的燃料電池裝置結(jié)構(gòu)，其包括至少一個(gè)燃料電池陽極(100)和陰極(102)、用于在陽極和陰極之間傳送離子的電解質(zhì)(104)以及與電解質(zhì)分開并用于電子從陽極行進(jìn)至陰極的通路(108)。針對(duì)該燃料電池裝置，實(shí)現(xiàn)了用于防止積碳形成的控制結(jié)構(gòu)，該控制結(jié)構(gòu)包括用于針對(duì)燃料的反饋(109)循環(huán)計(jì)算基于化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)平衡的一個(gè)或更多個(gè)熱力學(xué)平衡模型的計(jì)算裝置(110)；和裝置(110、112)，該裝置(110、112)用于執(zhí)行以下操作通過使燃料經(jīng)由燃料電池陽極(100)在反饋結(jié)構(gòu)中循環(huán)來實(shí)現(xiàn)循環(huán)；至少根據(jù)電流和燃料流速產(chǎn)生循環(huán)中的測(cè)量值；通過計(jì)算來確定燃料的組成；利用所述測(cè)量值和燃料組成，基于將要循環(huán)的燃料的熱力學(xué)平衡模型來計(jì)算設(shè)定的轉(zhuǎn)換值；以及在必要的情況下，重復(fù)所述計(jì)算以產(chǎn)生轉(zhuǎn)換值，依靠該轉(zhuǎn)換值，能夠確定燃料組成的計(jì)算將會(huì)以足夠的精度收斂，并且通過利用該轉(zhuǎn)換值，可以將燃料電池裝置的操作設(shè)定為保持在根據(jù)熱力學(xué)平衡模型的安全限度內(nèi)。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102089913SQ200980126468
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者特羅·霍蒂寧, 蒂莫·萊赫蒂寧 申請(qǐng)人:瓦錫蘭芬蘭有限公司