FI121864B - Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning - Google Patents

Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning Download PDF

Info

Publication number
FI121864B
FI121864B FI20085718A FI20085718A FI121864B FI 121864 B FI121864 B FI 121864B FI 20085718 A FI20085718 A FI 20085718A FI 20085718 A FI20085718 A FI 20085718A FI 121864 B FI121864 B FI 121864B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
fuel
fuel cell
thermodynamic equilibrium
anode
values
Prior art date
Application number
FI20085718A
Other languages
English (en)
Finnish (fi)
Other versions
FI20085718A0 (sv
FI20085718A (sv
Inventor
Tero Hottinen
Timo Lehtinen
Original Assignee
Waertsilae Finland Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Waertsilae Finland Oy filed Critical Waertsilae Finland Oy
Priority to FI20085718A priority Critical patent/FI121864B/sv
Publication of FI20085718A0 publication Critical patent/FI20085718A0/sv
Priority to EP09793989.6A priority patent/EP2311125A4/en
Priority to CN200980126468.2A priority patent/CN102089913B/zh
Priority to KR1020117003101A priority patent/KR101553429B1/ko
Priority to PCT/FI2009/050503 priority patent/WO2010004083A1/en
Priority to JP2011517183A priority patent/JP5645818B2/ja
Publication of FI20085718A publication Critical patent/FI20085718A/sv
Priority to US12/986,581 priority patent/US20110165486A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI121864B publication Critical patent/FI121864B/sv

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D7/00Control of flow
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04388Pressure; Ambient pressure; Flow of anode reactants at the inlet or inside the fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04402Pressure; Ambient pressure; Flow of anode exhausts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/04537Electric variables
    • H01M8/04574Current
    • H01M8/04589Current of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04791Concentration; Density
    • H01M8/04798Concentration; Density of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04828Humidity; Water content
    • H01M8/04835Humidity; Water content of fuel cell reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Claims (10)

1. Anordningsarrangemang för en bränslecell för alstring av elenergi omfat-tande ätminstone en bränslecells anod (100) och katod (102), en elektrolyt 5 (104) för förmedling av joner mellan anoden och katoden och en frän elek- trolyten separerad led (108) för elektronerna frän anoden tili katoden, be-räkningsmedel (110) för beräkning av pä kemiska reaktioners termodynamis-ka jämvikter baserade en eller flera termodynamiska jämviktsmodeller och medel (109, 110, 112) för förverkligande av ätercirkulationen genom att cir-10 kulera äterkopplat bränsle via bränslecellens anod (100), för alstring av mät-värden i nämnda cirkulationen för ätminstone elströmmen och bränslets strömning, för att kalkylerat bestämma bränslets sammansättning, för att pä basen av en termodynamisk jämviktsmodell beräkna förändringsvärdenas inställning för bränslet, som skall cirkuleras, med användning av nämnda 15 mätvärden och bränslets sammansättning, kännetecknat därav, att för bränslecellsanordningen har ett reglerarrangemang för förhindring av kol-bildningen förverkligats omfattande medel (109,110,112) för att observera ätminstone en väsentlig förändring i ätminstone en alstringspunkt av mät-värdena dvs. i bränslets strömning och elströmmen genom att av dem under 20 päverkan av temperaturvariationer alstra självständiga mätningsvärden, och för att upprepa nämnda beräkning för att bilda de förändringsvärden med vilka beräkningen av bränslets sammansättning kan förverkligas konvergerat med tillräcklig noggrannhet och vid användning av dessa ändringsvärden kan — bränslecellsanordningens funktion anpassas tili en funktion, som häller sig w 25 inom en termodynamisk jämviktsmodells säkerhetsgränser. co 0 cv
2. Anordningsarrangemang för en bränslecell enligt patentkravet 1, känne- 1 tecknat därav, att reglerarrangemanget omfattar beräkningsmedel (110) för “ beräkning av en termodynamisk jämviktsmodell som med förhandsberäkning g 30 bildade termodynamiska jämviktskurvor. o o (M 14
3. Anordningsarrangemang för en bränslecell enligt patentkravet 1, känne-tecknat därav, att bränslet utgörs av kolväten innehällande föreningar.
4. Anordningsarrangemang för en bränslecell enligt patentkravet 2, känne- 5 tecknat därav, att reglerarrangemanget omfattar beräkningsmedel (110) för beräkning av en termodynamisk jämviktskurva baserad pä en för förhindring av kolbildningen optimalt koncentrationsförhällande mellan koi och syre vid en eller flere temperaturer i bränslecellsprocessen.
5. Anordningsarrangemang för en bränslecell enligt patentkravet 2, känne- tecknat därav, att reglerarrangemanget omfattar beräkningsmedel (110) för bildning av en tredimensionell matris, i vilken matris vattnets matningsström-ning, bränslets matningsströmning och elströmmen bildar x-, y- och z-axlar-na och de vid de kemiska reaktionerna alstrade ämneskomponenternas mas-15 saprocenter bildar x-, y- ja z-axlarnas element.
6. Förfarande för alstring av elenergi med bränslecellsteknik, i vilket förfa-rande med förmedling av en elektrolyt (104) förmedlas joner mellan en bränslecells anod (100) och katod (102), och i en frän elektrolyten separerad 20 led (108) elektroner frän anoden tili katoden, beräknas pä basen av kemiska reaktioners termodynamiska jämvikter en eller flera termodynamiska jäm-viktsmodeller, bränsle ätercirkuleras äterkopplat (109) via bränslecellens anod (100), mätvärden alstras i nämnda cirkulationen för ätminstone el-strömmen och bränslets strömning, bränslets sammansättning bestäms kal-c3 25 kylerat och pä basen av en termodynamisk jämviktsmodell beräknas föränd- CO o ringsvärdenas inställning för bränslet, som skall cirkuleras, med användning cj av nämnda mätvärden och bränslets sammansättning, kännetecknat därav, | att i förfarandet utförs förhindringen av kolbildning genom att observera ät- oo minstone en väsentlig förändring i ätminstone en alstringspunkt av mätvär- Jg 30 dena dvs. i bränslets strömning och elströmmen genom att av dem alstra o under päverkan av temperaturvariationer självständiga mätningsvärden, och genom att upprepa nämnda beräkning av förändringsvärden för att alstring 15 av deras förändringsvärden med vilka beräkningen av bränslecellernas sam-mansättning ka n förverkligas konvergerat med tillräcklig noggrannhet, och genom att använda förändringsvärden kan bränslecellsanordningen funktion regleras tili en funktion, som häller sig inom säkerhetsgränser enligt den 5 termodynamiska jämviktsmodellen.
7. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat därav, att den termodynamiska jämviktsmodellen beräknas som med förhandsberäkning bildade termodynamiska jämviktskurvor 10
8. Förfarande enligt patentkravet 6, kännetecknat därav, att bränslet ut-görs av kolväten innehällande föreningar.
9. Förfarande enligt patentkravet 7, kännetecknat därav, att den termody-15 namiska jämviktskurvan beräknas baserad pä en för förhindring av kolbild- ningen optimalt koncentrationsförhällande mellan koi och syre vid en eller flere temperaturer i bränslecellsprocessen.
10. Förfarande enligt patentkrav 7, kännetecknat därav, att i beräkningen 20 bildas en tredimensionell matris, i vilken matris vattnets matningsströmning, bränslets matningsströmning och elströmmen bildar x-, y- och z-axlarna och de vid de kemiska reaktionerna alstrade ämneskomponenternas massapro-center bildar x-, y- ja z-axlarnas element. O oc (M 25 co o CU X en CL 00 m oo o o (M
FI20085718A 2008-07-10 2008-07-10 Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning FI121864B (sv)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20085718A FI121864B (sv) 2008-07-10 2008-07-10 Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning
EP09793989.6A EP2311125A4 (en) 2008-07-10 2009-06-11 METHOD AND CONTROL ARRANGEMENT FOR A FUEL CELL DEVICE
CN200980126468.2A CN102089913B (zh) 2008-07-10 2009-06-11 用于燃料电池装置的方法和控制结构
KR1020117003101A KR101553429B1 (ko) 2008-07-10 2009-06-11 연료 전지 디바이스에 대한 방법 및 제어 장치
PCT/FI2009/050503 WO2010004083A1 (en) 2008-07-10 2009-06-11 A method and a control arrangement for a fuel cell device
JP2011517183A JP5645818B2 (ja) 2008-07-10 2009-06-11 燃料電池デバイス用の方法及び制御構成
US12/986,581 US20110165486A1 (en) 2008-07-10 2011-01-07 Method and a control arrangement for a fuel cell device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20085718A FI121864B (sv) 2008-07-10 2008-07-10 Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning
FI20085718 2008-07-10

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20085718A0 FI20085718A0 (sv) 2008-07-10
FI20085718A FI20085718A (sv) 2010-01-11
FI121864B true FI121864B (sv) 2011-05-13

Family

ID=39677599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20085718A FI121864B (sv) 2008-07-10 2008-07-10 Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20110165486A1 (sv)
EP (1) EP2311125A4 (sv)
JP (1) JP5645818B2 (sv)
KR (1) KR101553429B1 (sv)
CN (1) CN102089913B (sv)
FI (1) FI121864B (sv)
WO (1) WO2010004083A1 (sv)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FI122713B (sv) * 2010-06-16 2012-06-15 Waertsilae Finland Oy Reglerarrangemang och -förfarande för ett bränslecellsystem
DE102011087802A1 (de) 2011-12-06 2013-06-06 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102011088120A1 (de) * 2011-12-09 2013-06-13 Robert Bosch Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zu dessen Betrieb
CN106910912B (zh) * 2015-12-18 2020-06-30 通用电气公司 燃料电池***及其操作方法及燃料电池发电厂
CN107464944B (zh) * 2016-05-27 2021-02-02 通用电气公司 燃料电池***及其操作方法
CN108091907B (zh) * 2016-11-22 2020-09-25 通用电气公司 燃料电池***及其停机方法
WO2018212214A1 (ja) * 2017-05-18 2018-11-22 株式会社デンソー 燃料電池システム
CN108649246A (zh) * 2018-05-15 2018-10-12 张凯 燃料水解气化发电装置及发电效率预测方法
DE102020116211A1 (de) 2020-06-19 2021-12-23 Audi Aktiengesellschaft Brennstoffzellensystem mit interpolationsbasierter Anodengaszuführung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6682835B2 (en) 2000-12-22 2004-01-27 Utc Fuel Cells, Llc Method and apparatus for increasing the operational efficiency of a fuel cell power plant
JP3614110B2 (ja) * 2001-02-21 2005-01-26 日産自動車株式会社 燃料電池システム
JP2003288920A (ja) * 2002-03-27 2003-10-10 Toto Ltd 燃料電池システム
JP4467925B2 (ja) * 2003-08-08 2010-05-26 日本電信電話株式会社 燃料電池発電システムの制御法とその制御法を実現する制御プログラムとその制御プログラムを記録した記録媒体
JP2005149979A (ja) * 2003-11-18 2005-06-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 燃料電池用燃料の改質方法および燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
WO2010004083A1 (en) 2010-01-14
US20110165486A1 (en) 2011-07-07
JP2011527496A (ja) 2011-10-27
FI20085718A0 (sv) 2008-07-10
EP2311125A4 (en) 2014-07-23
FI20085718A (sv) 2010-01-11
CN102089913A (zh) 2011-06-08
CN102089913B (zh) 2014-09-24
JP5645818B2 (ja) 2014-12-24
KR101553429B1 (ko) 2015-09-15
EP2311125A1 (en) 2011-04-20
KR20110031228A (ko) 2011-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI121864B (sv) Förfarande och regleringsarrangemang i en bränslecellsanordning
Li et al. Achieving high-efficiency hydrogen production using planar solid-oxide electrolysis stacks
Suther et al. Effects of operating and design parameters on the performance of a solid oxide fuel cell–gas turbine system
Ashraf et al. Analyzing different planar biogas-fueled SOFC stack designs and their effects on the flow uniformity
Wang et al. Dynamic modeling and parameter analysis study on reversible solid oxide cells during mode switching transient processes
CN101103481A (zh) 操作熔融碳酸盐燃料电池的方法和***
Tang et al. Development and validation of a computationally efficient pseudo 3D model for planar SOFC integrated with a heating furnace
Sun et al. Multi-objective optimizations of solid oxide co-electrolysis with intermittent renewable power supply via multi-physics simulation and deep learning strategy
Wu et al. Thermal modeling and management of solid oxide fuel cells operating with internally reformed methane
Ba et al. A novel multi-physics and multi-dimensional model for solid oxide fuel cell stacks based on alternative mapping of BP neural networks
Zhang et al. Multi-perspective analysis of CO poisoning in high-temperature proton exchange membrane fuel cell stack via numerical investigation
CN103299467B (zh) 用于控制燃料电池***中的燃料供给的方法和装置
Xing et al. Improving clean electrical power generation: A theoretical modelling analysis of a molten sodium hydroxide direct carbon fuel cell with low pollution
Sun et al. Self-adaptive heat management of solid oxide electrolyzer cell under fluctuating power supply
Tonekabonimoghadam et al. Mathematical modelling and experimental validation of an anode-supported tubular solid oxide fuel cell for heat and power generation
Pfafferodt et al. Stack modelling of a molten carbonate fuel cell (MCFC)
CN102947995B (zh) 燃料电池***中的控制结构和方法
CN114781188A (zh) 一种面向波动电能消纳的固体氧化物电解制氢***动态建模方法
Pianko-Oprych et al. Computational fluid dynamics calculation of a planar solid oxide fuel cell design running on syngas
Pianko-Oprych et al. Numerical analysis of a serial connection of two staged SOFC stacks in a CHP system fed by methane using Aspen TECH
Cheng et al. Crossflow flat solid oxide fuel cell (SOFC) semi-empirical modeling and the multi-fuel property based on a commercial 700 W stack
Lawlor et al. Scrutiny of MT-SOFC stack manifolding design using CFD
Santhanam Process systems analysis of reversible Solid Oxide Cell (rSOC) reactors for electricity storage and sector coupling
Singh et al. Analysis and Optimisation of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC)
Connolly et al. Techno-Economic Analysis of Heat-Assisted Hydrogen Production from Nuclear Power

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 121864

Country of ref document: FI

MM Patent lapsed