燃料电池系统及其控制方法转让专利
申请号 : CN200710148342.8
文献号 : CN101179130B
文献日 : 2010-06-23
发明人 : 地埈虎
申请人 : 三星电子株式会社
摘要 :
一种燃料电池系统，尽管氧化催化剂床的活性由于持续的操作而损害但是能够防止反应效率被降低。该燃料电池系统包括：重整器，该重整器通过重整反应产生燃料气体；一氧化碳净化器，该一氧化碳净化器包括反应器主体，该反应器主体具有将重整的燃料气体引入到其中的入口和使净化的燃料气体排出的出口，以及填充在反应器主体内、并降低包含在从重整器中产生的燃料气体中的一氧化碳浓度的氧化催化剂床；至少一个电发生器，将从一氧化碳净化器产生的燃料气体供给至电发生器用以通过化学反应产生电；以及催化剂供给装置，该催化剂供给装置从材料产生催化剂微粒并将催化剂微粒供给至氧化催化剂床。
权利要求 :
1.一种燃料电池系统，包括：
重整器，所述重整器通过重整反应产生燃料气体；
一氧化碳净化器，所述一氧化碳净化器包括：反应器主体，所述反应器主体具有将重整的燃料气体引入到其中的入口和使净化的燃料气体排出的出口；和氧化催化剂床，所述氧化催化剂床填充在反应器主体内，并降低包含在从所述重整器产生的燃料气体中的一氧化碳的浓度；
至少一个电发生器，将来自所述一氧化碳净化器的燃料气体供给所述至少一个电发生器以通过化学反应产生电；以及催化剂供给装置，所述催化剂供给装置从催化剂材料产生催化剂微粒并将所述催化剂微粒供给至所述氧化催化剂床。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述催化剂供给装置包括催化剂微粒产生装置，所述催化剂微粒产生装置加热催化剂材料以产生催化剂微粒。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述催化剂供给装置进一步包括流体源，所述流体源使从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒流到所述氧化催化剂床。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述流体源包括气体箱，气体以高压填充在所述气体箱中。
5.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述流体源包括风扇。
6.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中：
所述催化剂微粒产生装置包括：产生装置主体，所述产生装置主体具有在其一侧上的出口，从而允许催化剂微粒被排出；加热板，所述加热板安装在所述产生装置主体中并且在所述加热板上放置有催化剂材料；和加热放置在所述加热板上的催化剂材料的加热元件；并且所述催化剂供给装置进一步包括催化剂供给管，所述催化剂供给管将通过催化剂出口排出的催化剂微粒引导到一氧化碳净化器。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中所述催化剂供给管与连接重整器和一氧化碳净化器的入口的连接管相连通。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中：
所述连接管包括：
第一流体管道和第二流体管道，所述第一流体管道在其一端与所述催化剂供给管相连通、并且在另一端与一氧化碳净化器的入口相连通，所述第二流体管道在其一端与所述第一流体管道相连通、并且在另一端与重整器相连通；以及所述燃料电池系统进一步包括流体通道开关，所述流体通道开关转换流体通道从而允许第一流体管道与催化剂供给管和第二流体管道中的至少一个选择性地连通。
9.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括：
支管，所述支管从连接一氧化碳净化器的出口和电发生器的连接管分支出；以及流体通道开关，所述流体通道开关转换流体通道从而允许通过一氧化碳净化器的出口排出的燃料气体流到支管和电发生器中的至少一个。
10.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述催化剂微粒产生装置可拆卸地安装至一氧化碳净化器。
11.根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括气体传感器，所述气体传感器测量包含在通过所述氧化催化剂床的燃料气体中的一氧化碳的浓度。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其中当所述测量的一氧化碳的浓度高于或等于参考值时，新的催化剂微粒通过所述催化剂供给装置供给到氧化催化剂床。
13.一种控制燃料电池系统的方法，其中所述燃料电池系统包括重整器和一氧化碳净化器，所述一氧化碳净化器降低包含在从所述重整器产生的燃料气体中的一氧化碳的浓度，所述方法包括以下步骤：测量包含在从所述一氧化碳净化器排出的所述燃料气体中的一氧化碳的浓度；以及当测量的浓度高于或等于参考值时，将从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒供给到一氧化碳净化器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述催化剂微粒供给到一氧化碳净化器的步骤包括：当所述测量的浓度高于或等于参考值时，控制流体通道开关以关闭重整器和一氧化碳净化器之间的流体通道，并打开一氧化碳净化器和催化剂微粒产生装置之间的另一流体通道。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述催化剂微粒供给到一氧化碳净化器的步骤包括：控制流体源以产生气体流；以及
将功率施加至所述催化剂微粒产生装置，并加热催化剂材料以产生催化剂微粒。
16.一种控制具有重整器和一氧化碳净化器的燃料电池系统的方法，所述方法包括以下步骤：由重整器通过重整反应产生燃料气体；
将燃料气体供给到电发生器，并产生电；
测量从一氧化碳净化器排出的一氧化碳的浓度；
判定测量的一氧化碳的浓度是否大于或等于参考值；
当判定所述测量的浓度大于或等于所述参考值时停止电的产生，并控制流体通道开关以关闭重整器和一氧化碳净化器之间的流体通道，并且打开所述一氧化碳净化器和催化剂微粒产生装置之间的另一流体通道；以及将从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒供给至一氧化碳净化器达预定时间段，并且在经过预定时间段后产生电，其中所述一氧化碳净化器包括：反应器主体，所述反应器主体具有将重整的燃料气体引入到其中的入口和使净化的燃料气体排出的出口；和氧化催化剂床，所述氧化催化剂床填充在反应器主体内，并降低包含在从所述重整器产生的燃料气体中的一氧化碳的浓度。
说明书 :
技术领域
本发明基本上涉及一种燃料电池系统。更具体地，涉及一种能够将新的催化剂微粒供给到反应效率已经降低的一氧化碳净化器的燃料电池系统。
背景技术
传统的燃料电池系统是发电系统，其直接将由燃料气体和氧气的反应所产生的化学反应能量转化为电能。近来，由于有关能源枯竭和环境污染的问题，所以该燃料电池可用于诸如无污染机动车辆、家用发电系统、移动通讯设备、医疗器械，军事设备等不同的领域。
传统的燃料电池系统包括：例如，堆，燃料处理单元和燃料箱。燃料处理单元包括：将燃料重整以产生氢气的重整器，和使氢气中包含的一氧化碳的浓度降低的一氧化碳净化器。一氧化碳净化器的一个实例为在现有技术中已知的一氧化碳优先氧化(PROX)反应器。
一氧化碳净化器包括：反应器主体，其具有内部空间；和填充在反应器主体中的氧化催化剂床。氧化催化剂中的每一个都具有由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)等组成的每一个小球状载体都携带诸如铂(Pt)或钌(Ru)的至少一种催化剂材料的结构。这些氧化催化剂按层排列以形成氧化催化剂床。
因此，当将从重整器产生的氢气供给至反应器主体中，并且然后通过氧化催化剂床时，包含在氢气中的一氧化碳引起选择性的氧化反应，从而其转变成二氧化碳。因此，降低了一氧化碳的浓度。
在这种一氧化碳净化器中，随时间流逝，氧化催化剂床受到抑制而使催化剂的活性衰退，从而降低了一氧化碳净化器的反应效率。因此，在传统的一氧化碳净化器中，将氧化催化剂床的厚度制成足够厚的厚度，从而，尽管位于上游的催化剂的活性衰退，但是位于下游的催化剂允许一氧化碳促进氧化反应。
然而，由于传统的一氧化碳净化器包括为氧化催化剂耐久性所考虑的厚催化剂床，因此这不得不增加其体积。结果，不能减少传统燃料电池系统的尺寸。
另外，由于氧化催化剂床被形成为厚于需要的厚度，因此提高了产品的初始成本，并且当氢气通过厚氧化催化剂床时，会增加压力的损失。结果，增加了燃料电池系统的操作能量。
此外，当传统的一氧化碳净化器由于其内部空间的限制而没有设置具有足够厚度的氧化催化剂床时，必须定期替换其耐久性终止的一氧化碳净化器。因此，该燃料电池系统提高了维护成本。
传统的燃料电池系统包括：例如，堆，燃料处理单元和燃料箱。燃料处理单元包括：将燃料重整以产生氢气的重整器，和使氢气中包含的一氧化碳的浓度降低的一氧化碳净化器。一氧化碳净化器的一个实例为在现有技术中已知的一氧化碳优先氧化(PROX)反应器。
一氧化碳净化器包括：反应器主体，其具有内部空间；和填充在反应器主体中的氧化催化剂床。氧化催化剂中的每一个都具有由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)等组成的每一个小球状载体都携带诸如铂(Pt)或钌(Ru)的至少一种催化剂材料的结构。这些氧化催化剂按层排列以形成氧化催化剂床。
因此，当将从重整器产生的氢气供给至反应器主体中，并且然后通过氧化催化剂床时，包含在氢气中的一氧化碳引起选择性的氧化反应，从而其转变成二氧化碳。因此，降低了一氧化碳的浓度。
在这种一氧化碳净化器中，随时间流逝，氧化催化剂床受到抑制而使催化剂的活性衰退，从而降低了一氧化碳净化器的反应效率。因此，在传统的一氧化碳净化器中，将氧化催化剂床的厚度制成足够厚的厚度，从而，尽管位于上游的催化剂的活性衰退，但是位于下游的催化剂允许一氧化碳促进氧化反应。
然而，由于传统的一氧化碳净化器包括为氧化催化剂耐久性所考虑的厚催化剂床，因此这不得不增加其体积。结果，不能减少传统燃料电池系统的尺寸。
另外，由于氧化催化剂床被形成为厚于需要的厚度，因此提高了产品的初始成本，并且当氢气通过厚氧化催化剂床时，会增加压力的损失。结果，增加了燃料电池系统的操作能量。
此外，当传统的一氧化碳净化器由于其内部空间的限制而没有设置具有足够厚度的氧化催化剂床时，必须定期替换其耐久性终止的一氧化碳净化器。因此，该燃料电池系统提高了维护成本。
发明内容
因此，本发明的一个方面是提供一种燃料电池系统，尽管氧化催化剂床的活性由于持续的操作而恶化但是所述燃料电池系统能够防止反应效率被降低。
本发明的另一方面是提供一种能够减小尺寸并确保充分耐久性的燃料电池系统，及其控制方法。
本发明的另外的方面和/或优点将部分地在以下的说明中被阐述，并部分地从说明中变得明显，或可从本发明的实践中认识到。
本发明的前述和/或其它的方面通过提供一种燃料电池系统而实现，该燃料电池系统包括：重整器，所述重整器通过重整反应产生燃料气体；一氧化碳净化器，所述一氧化碳净化器包括反应器主体，所述反应器主体具有将重整的燃料气体引入到其中的入口和使净化的燃料气体排出的出口，以及填充在所述反应器主体内、并降低包含在从所述重整器产生的燃料气体中的一氧化碳浓度的氧化催化剂床；至少一个电发生器，所述电发生器被供给来自所述一氧化碳净化器的燃料气体并通过化学反应产生电；以及催化剂供给装置，所述催化剂供给装置从材料产生催化剂微粒并将所述催化剂微粒供给至所述氧化催化剂床。
根据本发明的一方面，所述催化剂供给装置包括加热材料以产生催化剂微粒的催化剂微粒产生装置。另外，所述催化剂供给装置进一步包括流体源，所述流体源使从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒流至所述氧化催化剂床。
根据本发明的一方面，所述流体源包括气体以高压填充在其中的气体箱，或者风扇。
根据本发明的一方面，所述催化剂微粒产生装置包括：产生装置主体，所述产生装置主体具有在其一侧上的出口，从而允许催化剂微粒被排出；加热板，所述加热板安装在所述产生装置主体中并且所述加热板上放置有材料；和加热放置在所述加热板上的材料的加热元件。
根据本发明的一方面，所述催化剂供给装置包括催化剂供给管，所述催化剂供给管将通过所述催化剂出口排出的所述催化剂微粒引导至一氧化碳净化器。
根据本发明的一方面，所述催化剂供给管与连接所述重整器和所述一氧化碳净化器的所述入口的连接管相连通。
根据本发明的一方面，连接管包括：第一流体管道和第二流体管道，所述第一流体管道在其一端与所述催化剂供给管相连通、并且在另一端与所述一氧化碳净化器的所述入口相连通，所述第二流体管道在其一端与所述第一流体管道相连通、并且在另一端与所述重整器相连通。根据本发明的一方面，燃料电池系统进一步包括流体通道开关，所述流体通道开关转换流体通道从而允许所述第一流体管道与所述催化剂供给管和所述第二流体管道中的至少一个选择性地连通。
根据本发明的一方面，燃料电池系统进一步包括：支管，所述支管从连接一氧化碳净化器的出口和电发生器的连接管分支出；以及流体通道开关，所述流体通道开关转换流体通道从而允许通过一氧化碳净化器的出口排出的燃料气体流至所述支管和所述电发生器中的至少一个。
根据本发明的一方面，所述催化剂微粒产生装置可拆卸地安装至所述一氧化碳净化器。
根据本发明的一方面，燃料电池系统进一步包括气体传感器，所述气体传感器测量包含在通过所述氧化催化剂床的燃料气体中的一氧化碳的浓度。
本发明的另一方面提供一种控制燃料电池系统的方法，其中所述燃料电池系统包括重整器和降低包含在从所述重整器中产生的燃料气体中的一氧化碳的浓度的一氧化碳净化器。所述方法包括：测量包含在从所述一氧化碳净化器排出的燃料气体中的一氧化碳的浓度；并且当测量的浓度高于或等于参考值时，将从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒供给至一氧化碳净化器。
将催化剂微粒供给至一氧化碳净化器的步骤包括：当所述测量的浓度高于或等于参考值时，控制流体通道开关以关闭重整器和一氧化碳净化器之间的流体通道，并打开一氧化碳净化器和催化剂微粒产生装置之间的另一流体通道。
根据本发明的一方面，将催化剂微粒供给至一氧化碳净化器的步骤进一步包括：控制流体源以产生气体流；并且将功率施加至所述催化剂微粒产生装置，并加热材料以产生催化剂微粒。
本发明的另一方面是提供一种能够减小尺寸并确保充分耐久性的燃料电池系统，及其控制方法。
本发明的另外的方面和/或优点将部分地在以下的说明中被阐述，并部分地从说明中变得明显，或可从本发明的实践中认识到。
本发明的前述和/或其它的方面通过提供一种燃料电池系统而实现，该燃料电池系统包括：重整器，所述重整器通过重整反应产生燃料气体；一氧化碳净化器，所述一氧化碳净化器包括反应器主体，所述反应器主体具有将重整的燃料气体引入到其中的入口和使净化的燃料气体排出的出口，以及填充在所述反应器主体内、并降低包含在从所述重整器产生的燃料气体中的一氧化碳浓度的氧化催化剂床；至少一个电发生器，所述电发生器被供给来自所述一氧化碳净化器的燃料气体并通过化学反应产生电；以及催化剂供给装置，所述催化剂供给装置从材料产生催化剂微粒并将所述催化剂微粒供给至所述氧化催化剂床。
根据本发明的一方面，所述催化剂供给装置包括加热材料以产生催化剂微粒的催化剂微粒产生装置。另外，所述催化剂供给装置进一步包括流体源，所述流体源使从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒流至所述氧化催化剂床。
根据本发明的一方面，所述流体源包括气体以高压填充在其中的气体箱，或者风扇。
根据本发明的一方面，所述催化剂微粒产生装置包括：产生装置主体，所述产生装置主体具有在其一侧上的出口，从而允许催化剂微粒被排出；加热板，所述加热板安装在所述产生装置主体中并且所述加热板上放置有材料；和加热放置在所述加热板上的材料的加热元件。
根据本发明的一方面，所述催化剂供给装置包括催化剂供给管，所述催化剂供给管将通过所述催化剂出口排出的所述催化剂微粒引导至一氧化碳净化器。
根据本发明的一方面，所述催化剂供给管与连接所述重整器和所述一氧化碳净化器的所述入口的连接管相连通。
根据本发明的一方面，连接管包括：第一流体管道和第二流体管道，所述第一流体管道在其一端与所述催化剂供给管相连通、并且在另一端与所述一氧化碳净化器的所述入口相连通，所述第二流体管道在其一端与所述第一流体管道相连通、并且在另一端与所述重整器相连通。根据本发明的一方面，燃料电池系统进一步包括流体通道开关，所述流体通道开关转换流体通道从而允许所述第一流体管道与所述催化剂供给管和所述第二流体管道中的至少一个选择性地连通。
根据本发明的一方面，燃料电池系统进一步包括：支管，所述支管从连接一氧化碳净化器的出口和电发生器的连接管分支出；以及流体通道开关，所述流体通道开关转换流体通道从而允许通过一氧化碳净化器的出口排出的燃料气体流至所述支管和所述电发生器中的至少一个。
根据本发明的一方面，所述催化剂微粒产生装置可拆卸地安装至所述一氧化碳净化器。
根据本发明的一方面，燃料电池系统进一步包括气体传感器，所述气体传感器测量包含在通过所述氧化催化剂床的燃料气体中的一氧化碳的浓度。
本发明的另一方面提供一种控制燃料电池系统的方法，其中所述燃料电池系统包括重整器和降低包含在从所述重整器中产生的燃料气体中的一氧化碳的浓度的一氧化碳净化器。所述方法包括：测量包含在从所述一氧化碳净化器排出的燃料气体中的一氧化碳的浓度；并且当测量的浓度高于或等于参考值时，将从催化剂微粒产生装置产生的催化剂微粒供给至一氧化碳净化器。
将催化剂微粒供给至一氧化碳净化器的步骤包括：当所述测量的浓度高于或等于参考值时，控制流体通道开关以关闭重整器和一氧化碳净化器之间的流体通道，并打开一氧化碳净化器和催化剂微粒产生装置之间的另一流体通道。
根据本发明的一方面，将催化剂微粒供给至一氧化碳净化器的步骤进一步包括：控制流体源以产生气体流；并且将功率施加至所述催化剂微粒产生装置，并加热材料以产生催化剂微粒。
附图说明
本发明的这些和/或其他方面和优点将从结合附图的以下的实施例的说明中变得明显且更易于理解，其中：
图1是结构图，图解示出了根据本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造；
图2是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统中的一氧化碳净化器的结构；
图3是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的催化剂微粒产生装置的结构；
图4是图解示出了图3的加热器的透视图；
图5是结构图，图解示出了根据本发明的第二实施例的燃料电池系统的构造；
图6是视图，示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统中的供给催化剂的操作；以及
图7是流程图，图解示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统的控制方法。
图1是结构图，图解示出了根据本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造；
图2是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统中的一氧化碳净化器的结构；
图3是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的催化剂微粒产生装置的结构；
图4是图解示出了图3的加热器的透视图；
图5是结构图，图解示出了根据本发明的第二实施例的燃料电池系统的构造；
图6是视图，示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统中的供给催化剂的操作；以及
图7是流程图，图解示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统的控制方法。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其实例在附图中被图示说明，其中相同的附图标记始终指示相同的元件。以下将通过参照附图来描述实施例，以解释本发明。
图1是结构图，图解示出了根据本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造。
如图1所示，根据本发明第一实施例的燃料电池系统包括：重整器10，该重整器10通过由热能引起的重整催化反应从诸如甲醇或乙醇的燃料产生燃料气体(以下，称为“氢气”)的；提供重整催化反应所需要的热能的热源11；一氧化碳净化器20，所述一氧化碳净化器20降低重整的氢气中所包含的一氧化碳的浓度；至少一个电发生器31，所述电发生器31通过氧气和从一氧化碳净化器20中提供的氢气的电化学反应而产生电能；将燃料供给至重整器10的燃料供给装置40；和将空气供给至一氧化碳净化器20和电发生器31的空气供给装置50。
重整器10通过热源引起的重整催化反应从燃料产生氢气，例如诸如水蒸汽重整或例如部分氧化的催化反应。连接至重整器10并提供热量的热源11包括：燃烧诸如甲醇或乙醇的液体燃料或诸如与空气一起的甲烷气体或丙烷气体的气体燃料的燃烧器(未显示)，并由此产生在预定的温度范围内的热能。
一氧化碳净化器20构成为：通过一氧化碳和包含在空气中的氧气的一氧化碳优先氧化(PROX)反应，减少包含在重整氢气中的一氧化碳的浓度。
电发生器31是发电的最小单元燃料电池。多个电发生器31形成堆30。电发生器31包括膜电极组件，和放置在膜电极组件相对侧的分离器。该膜电极组件包括发生活性气体的氧化-还原反应的活性区域，并且包括在其一侧上的阳极，在其另一侧上的阴极，以及在这些电极之间的电解质膜。在阳极中，发生氧化反应以使氢气分子中的每一个都转化为氢离子和电子。此时，氢离子通过电解质膜被输送到阴极。同时，在阴极中，发生还原反应，使氧气分子中的每一个都转化为氧离子。这里，氧离子与氢离子发生反应，从而产生水分子。电发生器31的构造是用于聚合物电解型燃料电池的现有技术中众所周知的，并且因此省略其详细说明。
燃料供给装置40包括：储存燃料的燃料箱41；排出储存在燃料箱41中的燃料的燃料泵42；和连接燃料箱41与重整器10的燃料供给管43。另外，空气供给装置50包括空气泵51，所述空气泵51以预定压力吸入空气并将吸入的空气供给至电发生器31和一氧化碳净化器20。
图2是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统中的一氧化碳净化器的结构。
如图1和2所示，一氧化碳净化器20包括：反应器主体21，该反应器主体21具有预定的内部空间；和氧化催化剂床22，所述氧化催化剂床22设置在反应器主体21的内部空间中并辅助一氧化碳和空气的选择性氧化反应。
反应器主体21包括：在其一侧上的入口21a，从重整器10产生的氢气和从空气泵51供给的空气通过该入口21a被引导至反应器主体21中；和在其另一侧上的出口21b，通过氧化催化剂床22且使包含在其中的一氧化碳的浓度降低的氢气通过该出口21b被排出。反应器主体21的入口21a通过第一连接管60与重整器10连接，而反应器主体21的出口21b通过第二连接管70与电发生器31连接。
根据本发明的实施例的燃料电池系统包括：气体传感器80，该气体传感器80测量在通过氧化催化剂床22的同时被净化的氢气中所包含的一氧化碳的浓度。除了净化步骤，当通过气体传感器80测量的一氧化碳的浓度高于或等于参考值时，新的催化剂微粒通过下面将要说明的催化剂供给装置100供给至氧化催化剂床22。在图2中，当气体传感器80如图解所示地安装在第二连接管70之内时，例如，然而气体传感器80的位置可以必要地变化。
如图2所示，氧化催化剂床22由按层排列的氧化催化剂形成。每种氧化催化剂都包括以下结构：由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化钛(TiO2)组成的每一个小球状载体22a都携带诸如铂(Pt)或钌(Ru)中的至少一种催化剂材料22b。
因此，当来自重整器10的氢气和来自空气泵51的空气供给至反应器主体21中时，由这些催化剂材料22b促进氧化反应，从而包含在氢气中的一氧化碳转化为二氧化碳。结果，降低了一氧化碳的浓度。然而，随操作时间的推移，催化剂材料22b会受到抑制，使其活性衰退，从而降低了一氧化碳净化器20的反应效率。由于该情况，根据本发明的实施例的燃料电池系统，包括催化剂供给装置100，该催化剂供给装置100将新的催化剂微粒周期性地供给到氧化催化剂床22，并且由此恢复一氧化碳净化器20的反应效率。
如图1所示，催化剂供给装置100包括：催化剂微粒产生装置110，所述催化剂微粒产生装置110加热用作催化剂材料的原材料以产生细的催化剂微粒；流体源120，所述流体源120使产生的催化剂微粒流动至一氧化碳净化器20的氧化催化剂床22；催化剂供给管130，催化剂供给管130将从催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒引导至一氧化碳净化器20；和管140，所述管140连接流体源120和催化剂微粒产生装置110。
根据本发明的实施例，使催化剂微粒流动的流体源120包括气体(即氮气)在高压下填充到其中的气体箱121。在该情况下，连接流体源120和催化剂微粒产生装置110的管140包括开关阀门141。当开关阀门141打开时，由于气体自身压力的原因引起气体流动。气体流动使催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒移动至氧化催化剂床22。
图3是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的催化剂微粒产生装置的结构；并且图4是图解示出了图3的加热器的透视图。
如图3和4所示，催化剂微粒产生装置110包括：产生装置主体111，该产生装置主体111具有流体通道112以便允许由流体源120产生的气体流动；和加热器113，该加热器113加热且蒸发在产生装置主体111中的催化剂材料M。催化剂材料M包括：例如诸如Pt或Ru的金属块。
产生装置主体111包括在其一侧上的出口111a，该出口111a将产生的催化剂排放至催化剂供给管130。
加热器113被安装成能够以与催化剂材料M相接触的方式对催化剂材料M进行直接加热，由此允许在短时间内将催化剂材料M加热直到催化剂材料M蒸发的温度，由此减少了功率消耗。另外，这允许消除加热器113和催化剂材料M之间不必要的空间，由此减小了催化剂微粒产生装置110的尺寸。
加热器113包括：其上放置有催化剂材料M的加热板114；埋在加热板114中并在被供给功率时产生热量的加热元件115；和把功率施加至加热元件115的功率供给装置(power supply)116。在图4中，图解示出了例如将钨线制成的加热线用作加热元件的情况。加热元件115以曲折形大密度地安置在催化剂材料M的附近，从而它可在短时间内使催化剂材料M蒸发。
因此，当施加功率(power)以加热加热元件115，并然后加热加热板114时，放置在加热板114上的催化剂材料M被蒸发。蒸发的催化剂材料M遇到从气体箱121以预定压力排出的冷气流，并因而瞬间被冷却以形成细的催化剂微粒P。通过催化剂供给管130将这些细催化剂微粒P供给到一氧化碳净化器20的氧化催化剂床22。
如图1所示，催化剂供给管130与第一连接管60相连通，所述第一连接管60连接重整器10和一氧化碳净化器20的入口21a。
第一连接管60包括：第一流体管道61，所述第一流体管道61在其一端与催化剂供给管130相连通，并在其另一端与一氧化碳净化器20的入口21a相连通；和第二流体管道62，所述第二流体管道62在其一端与第一流体管道61相连通，并在另一端与重整器10相连通。第一流体通道开关91安装至第一连接管60和催化剂供给管130之间的连接点处。第一流体通道开关91转换流体通道从而允许第一流体管道61选择性地与催化剂供给管130和第二流体管道62中任一个相连通。根据本发明的实施例，第一流体通道开关91包括三通阀门。然而，第一流体通道开关91并不局限于此，并可根据需要变化。
当第一流体通道开关91使第一流体管道61与第二流体管道62相连通时，从重整器10产生的燃料气体被供给至一氧化碳净化器20并在一氧化碳净化器20处被净化。相反，当第一流体通道开关91使第一流体管道61与催化剂供给管130相连通时，从催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒通过催化剂供给管130、第一流体管道61和入口21a被供给至一氧化碳净化器20。
同时，催化剂微粒产生装置110可以从一氧化碳净化器20断开。为此，催化剂供给管130设置有连接配件133，该连接配件133使连接到催化剂微粒产生装置110的催化剂供给管130的第一管道131连接至连接到第一连接管60的第二管道132，或者所述连接配件133使第一管道131从第二管道132断开。
在该方式下，当可拆卸地安装时，只有在必须添加催化剂时，构造为独立单元的催化剂微粒产生装置110可连接至一氧化碳净化器20。因而，本发明的燃料电池系统防止了因催化剂微粒产生装置而引起的体积的增大。
另外，根据本发明实施例的燃料电池系统包括：从第二连接管70分支出的支管150。当催化剂微粒被供给至氧化催化剂床22之后，支管150排出来自一氧化碳净化器20的气体(当流体源使用如在此实施例中的氮气箱时，排出的气体是从一氧化碳净化器排出的氮气)。支管150与过滤器151相连接，该过滤器151过滤催化剂微粒或其它残留在排出气体中的有害气体。
像第一连接管60一样，第二连接管70包括：第一流体管道71，所述第一流体管道71在其一端与支管150相连通，并在另一端与一氧化碳净化器20的出口21b相连通；和第二流体管道72，所述第二流体管道72在其一端与第一流体管道71相连通，并在另一端与电发生器31相连通。第二流体通道开关92安装到第二连接管70和支管150之间的连接点。第二流体通道开关92转换流体通道从而允许第一流体管道71选择性地与支管150和第二流体管道72中的任一个相连通。根据本发明的实施例，第二流体通道开关92包括三通阀门。然而第二流体通道开关并不局限于此，并可根据需要变化。
当第二流体通道开关92使第一流体管道71与第二流体管道72相连通时，由一氧化碳净化器20净化的燃料气体被供给至电发生器31，并因此发电。相反，当第二流体通道开关92使第一流体管道71与支管150相连通时，在催化剂微粒供给到氧化催化剂床22之后，通过第一流体管道71和支管150使从一氧化碳净化器20排出的气体排出到外部。
同时，催化剂微粒产生装置110、开关阀门141、第一流体通道开关91、和第二流体通道开关92连接至控制器200，并因此由控制器200控制它们的操作。
图5是结构图，图解示出了根据本发明的第二实施例的燃料电池系统的构造。以下，只说明第二实施例的特征，并且相同的附图标记代表相同的元件。
如图5所示，在根据本发明的第二实施例的燃料电池系统中，将风扇122用作流体源120。在图1的第一实施例中，储存在气体箱121中的气体用作将催化剂微粒传送至一氧化碳净化器20的介质。然而，在本发明的第二实施例中，通过风扇122流动的空气使从催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒移动到一氧化碳净化器20。连接风扇122和催化剂微粒产生装置110的管140a连接至过滤器141a，所述过滤器141a过滤从外部引入的空气。
现在，将参照图1、6和7说明根据本发明的实施例的燃料电池系统的操作和控制方法。图6是视图，图解示出了根据本发明的实施例的燃料电池系统中的供给催化剂的操作；以及图7是流程图，图解示出了根据本发明的实施例的燃料电池系统的控制方法。
通过驱动燃料泵42使储存在燃料箱41中的燃料供给至重整器10。然后，重整器10被提供来自热源11的热量，并且通过重整反应从燃料产生氢气。此时，很难完全实现重整反应，由此产生含有副产品一氧化碳的氢气。在该方式下，通过第一连接管60将从重整器10产生的氢气供给至一氧化碳净化器20。此时，控制器200控制第一流体通道开关91以关闭催化剂供给管130，并使第一连接管60的第一和第二流体管道61和62相互连通，因此从重整器10产生的氢气可被供给至一氧化碳净化器20。包含在供给至一氧化碳净化器20的氢气中的一氧化碳通过反应器主体21中的氧化催化剂床22，并且与由空气泵51供给的空气中的氧气发生选择性氧化反应。因此，降低了一氧化碳的浓度。经过该净化步骤的氢气通过第二连接管70被供给至电发生器31。此时，控制器200控制第二流体通道开关92以关闭支管150，并且使第二连接管70的第一和第二流体管道71和72相互连通，以便从一氧化碳净化器20排出的氢气可被供给至电发生器31。供给至电发生器31的氢气与由空气泵51供给的空气(氧气)一起参与氧化还原反应，由此产生电(见操作310)。
同时，当经过该净化步骤的氢气供给至电发生器31时，该氢气通过安装至第二连接管70的气体传感器80。此时，气体传感器80测量未由一氧化碳净化器20消除的一氧化碳的浓度(Cm)，并将测量的结果提供至控制器200(见操作320)。
然后，控制器200将测量的一氧化碳的浓度Cm与参考值Cs比较(见操作330)。根据比较的结果，当判定测量的一氧化碳的浓度高于或等于参考值时，控制器200停止如操作310中所述的电的产生，并且控制第一和第二流体通道开关91和92以转换流体通道。更具体而言，控制器200控制第一流体通道开关91，不仅使第一连接管60的第一流体管道61与催化剂供给管130相连通，而且使第一连接管60的第二流体管道62关闭。另外，控制器200控制第二流体通道开关92，不仅使第二连接管70的第一流体管道71与支管150相连通，而且使第二连接管70的第二流体管道72关闭(见操作340)。当判定测量的浓度Cm小于参考值时，步骤返回到操作320并且重复测量步骤。
在该状态下，控制器200打开安装至连接气体箱121和催化剂微粒产生装置110的管140的开关阀门141，以使预定压力的气体从气体箱121排出。然后，排出的气体流动至催化剂微粒产生装置110。(这与图5的第二实施例的不同在于控制器200操作风扇122以使空气流动至催化剂微粒产生装置)。另外，控制器200将功率施加至催化剂微粒产生装置110，由此加热加热板114以使放置在加热板114上的催化剂材料M蒸发。蒸发的催化剂材料M遇到气体流从而被瞬间冷却。在该步骤中，产生细催化剂微粒P。产生的催化剂微粒P经由第一连接管60的第一流体管道61与通过催化剂供给管130的气体流一起通过一氧化碳净化器20的氧化催化剂床22。此时，催化剂微粒P附于氧化催化剂床22的载体22a。在该方式下，当新的催化剂微粒供给至氧化催化剂床22时，氧化催化剂床22的功能被恢复以提高一氧化碳净化器20的反应效率。穿过氧化催化剂床22的气体流通过出口21b从反应器主体21中排出，并然后通过第二连接管70的第一流体管道71和支管150排到外部(见操作350)。
在催化剂的供给步骤持续达固定时间后，步骤返回到操作310，即通过相同的步骤产生电(见操作360)。
如上所述，根据本发明的实施例，新的催化剂微粒适于供给至一氧化碳净化器的氧化催化剂床，从而总体上可以改善一氧化碳净化器和燃料电池系统的性能。
另外，尽管氧化催化剂床没有被形成为比出于其耐久性的考虑所需求的厚度更厚，但是却能充分保证氧化催化剂床的耐久性。因此，可以总体上减小根据本发明的实施例的一氧化碳净化器和燃料电池系统的尺寸。此外，燃料电池系统可节省产品的初始成本，操作成本，以及维修成本。
尽管已经示出并说明了本发明的几个实施例，然而本领域普通技术人员可以认识到的是，可在不背离本发明的原则和精神的情况下作出改变，其范围限定在权利要求及其等同物中。
图1是结构图，图解示出了根据本发明的第一实施例的燃料电池系统的构造。
如图1所示，根据本发明第一实施例的燃料电池系统包括：重整器10，该重整器10通过由热能引起的重整催化反应从诸如甲醇或乙醇的燃料产生燃料气体(以下，称为“氢气”)的；提供重整催化反应所需要的热能的热源11；一氧化碳净化器20，所述一氧化碳净化器20降低重整的氢气中所包含的一氧化碳的浓度；至少一个电发生器31，所述电发生器31通过氧气和从一氧化碳净化器20中提供的氢气的电化学反应而产生电能；将燃料供给至重整器10的燃料供给装置40；和将空气供给至一氧化碳净化器20和电发生器31的空气供给装置50。
重整器10通过热源引起的重整催化反应从燃料产生氢气，例如诸如水蒸汽重整或例如部分氧化的催化反应。连接至重整器10并提供热量的热源11包括：燃烧诸如甲醇或乙醇的液体燃料或诸如与空气一起的甲烷气体或丙烷气体的气体燃料的燃烧器(未显示)，并由此产生在预定的温度范围内的热能。
一氧化碳净化器20构成为：通过一氧化碳和包含在空气中的氧气的一氧化碳优先氧化(PROX)反应，减少包含在重整氢气中的一氧化碳的浓度。
电发生器31是发电的最小单元燃料电池。多个电发生器31形成堆30。电发生器31包括膜电极组件，和放置在膜电极组件相对侧的分离器。该膜电极组件包括发生活性气体的氧化-还原反应的活性区域，并且包括在其一侧上的阳极，在其另一侧上的阴极，以及在这些电极之间的电解质膜。在阳极中，发生氧化反应以使氢气分子中的每一个都转化为氢离子和电子。此时，氢离子通过电解质膜被输送到阴极。同时，在阴极中，发生还原反应，使氧气分子中的每一个都转化为氧离子。这里，氧离子与氢离子发生反应，从而产生水分子。电发生器31的构造是用于聚合物电解型燃料电池的现有技术中众所周知的，并且因此省略其详细说明。
燃料供给装置40包括：储存燃料的燃料箱41；排出储存在燃料箱41中的燃料的燃料泵42；和连接燃料箱41与重整器10的燃料供给管43。另外，空气供给装置50包括空气泵51，所述空气泵51以预定压力吸入空气并将吸入的空气供给至电发生器31和一氧化碳净化器20。
图2是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的燃料电池系统中的一氧化碳净化器的结构。
如图1和2所示，一氧化碳净化器20包括：反应器主体21，该反应器主体21具有预定的内部空间；和氧化催化剂床22，所述氧化催化剂床22设置在反应器主体21的内部空间中并辅助一氧化碳和空气的选择性氧化反应。
反应器主体21包括：在其一侧上的入口21a，从重整器10产生的氢气和从空气泵51供给的空气通过该入口21a被引导至反应器主体21中；和在其另一侧上的出口21b，通过氧化催化剂床22且使包含在其中的一氧化碳的浓度降低的氢气通过该出口21b被排出。反应器主体21的入口21a通过第一连接管60与重整器10连接，而反应器主体21的出口21b通过第二连接管70与电发生器31连接。
根据本发明的实施例的燃料电池系统包括：气体传感器80，该气体传感器80测量在通过氧化催化剂床22的同时被净化的氢气中所包含的一氧化碳的浓度。除了净化步骤，当通过气体传感器80测量的一氧化碳的浓度高于或等于参考值时，新的催化剂微粒通过下面将要说明的催化剂供给装置100供给至氧化催化剂床22。在图2中，当气体传感器80如图解所示地安装在第二连接管70之内时，例如，然而气体传感器80的位置可以必要地变化。
如图2所示，氧化催化剂床22由按层排列的氧化催化剂形成。每种氧化催化剂都包括以下结构：由氧化铝(Al2O3)、氧化硅(SiO2)或氧化钛(TiO2)组成的每一个小球状载体22a都携带诸如铂(Pt)或钌(Ru)中的至少一种催化剂材料22b。
因此，当来自重整器10的氢气和来自空气泵51的空气供给至反应器主体21中时，由这些催化剂材料22b促进氧化反应，从而包含在氢气中的一氧化碳转化为二氧化碳。结果，降低了一氧化碳的浓度。然而，随操作时间的推移，催化剂材料22b会受到抑制，使其活性衰退，从而降低了一氧化碳净化器20的反应效率。由于该情况，根据本发明的实施例的燃料电池系统，包括催化剂供给装置100，该催化剂供给装置100将新的催化剂微粒周期性地供给到氧化催化剂床22，并且由此恢复一氧化碳净化器20的反应效率。
如图1所示，催化剂供给装置100包括：催化剂微粒产生装置110，所述催化剂微粒产生装置110加热用作催化剂材料的原材料以产生细的催化剂微粒；流体源120，所述流体源120使产生的催化剂微粒流动至一氧化碳净化器20的氧化催化剂床22；催化剂供给管130，催化剂供给管130将从催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒引导至一氧化碳净化器20；和管140，所述管140连接流体源120和催化剂微粒产生装置110。
根据本发明的实施例，使催化剂微粒流动的流体源120包括气体(即氮气)在高压下填充到其中的气体箱121。在该情况下，连接流体源120和催化剂微粒产生装置110的管140包括开关阀门141。当开关阀门141打开时，由于气体自身压力的原因引起气体流动。气体流动使催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒移动至氧化催化剂床22。
图3是截面图，图解示出了根据本发明的一个实施例的催化剂微粒产生装置的结构；并且图4是图解示出了图3的加热器的透视图。
如图3和4所示，催化剂微粒产生装置110包括：产生装置主体111，该产生装置主体111具有流体通道112以便允许由流体源120产生的气体流动；和加热器113，该加热器113加热且蒸发在产生装置主体111中的催化剂材料M。催化剂材料M包括：例如诸如Pt或Ru的金属块。
产生装置主体111包括在其一侧上的出口111a，该出口111a将产生的催化剂排放至催化剂供给管130。
加热器113被安装成能够以与催化剂材料M相接触的方式对催化剂材料M进行直接加热，由此允许在短时间内将催化剂材料M加热直到催化剂材料M蒸发的温度，由此减少了功率消耗。另外，这允许消除加热器113和催化剂材料M之间不必要的空间，由此减小了催化剂微粒产生装置110的尺寸。
加热器113包括：其上放置有催化剂材料M的加热板114；埋在加热板114中并在被供给功率时产生热量的加热元件115；和把功率施加至加热元件115的功率供给装置(power supply)116。在图4中，图解示出了例如将钨线制成的加热线用作加热元件的情况。加热元件115以曲折形大密度地安置在催化剂材料M的附近，从而它可在短时间内使催化剂材料M蒸发。
因此，当施加功率(power)以加热加热元件115，并然后加热加热板114时，放置在加热板114上的催化剂材料M被蒸发。蒸发的催化剂材料M遇到从气体箱121以预定压力排出的冷气流，并因而瞬间被冷却以形成细的催化剂微粒P。通过催化剂供给管130将这些细催化剂微粒P供给到一氧化碳净化器20的氧化催化剂床22。
如图1所示，催化剂供给管130与第一连接管60相连通，所述第一连接管60连接重整器10和一氧化碳净化器20的入口21a。
第一连接管60包括：第一流体管道61，所述第一流体管道61在其一端与催化剂供给管130相连通，并在其另一端与一氧化碳净化器20的入口21a相连通；和第二流体管道62，所述第二流体管道62在其一端与第一流体管道61相连通，并在另一端与重整器10相连通。第一流体通道开关91安装至第一连接管60和催化剂供给管130之间的连接点处。第一流体通道开关91转换流体通道从而允许第一流体管道61选择性地与催化剂供给管130和第二流体管道62中任一个相连通。根据本发明的实施例，第一流体通道开关91包括三通阀门。然而，第一流体通道开关91并不局限于此，并可根据需要变化。
当第一流体通道开关91使第一流体管道61与第二流体管道62相连通时，从重整器10产生的燃料气体被供给至一氧化碳净化器20并在一氧化碳净化器20处被净化。相反，当第一流体通道开关91使第一流体管道61与催化剂供给管130相连通时，从催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒通过催化剂供给管130、第一流体管道61和入口21a被供给至一氧化碳净化器20。
同时，催化剂微粒产生装置110可以从一氧化碳净化器20断开。为此，催化剂供给管130设置有连接配件133，该连接配件133使连接到催化剂微粒产生装置110的催化剂供给管130的第一管道131连接至连接到第一连接管60的第二管道132，或者所述连接配件133使第一管道131从第二管道132断开。
在该方式下，当可拆卸地安装时，只有在必须添加催化剂时，构造为独立单元的催化剂微粒产生装置110可连接至一氧化碳净化器20。因而，本发明的燃料电池系统防止了因催化剂微粒产生装置而引起的体积的增大。
另外，根据本发明实施例的燃料电池系统包括：从第二连接管70分支出的支管150。当催化剂微粒被供给至氧化催化剂床22之后，支管150排出来自一氧化碳净化器20的气体(当流体源使用如在此实施例中的氮气箱时，排出的气体是从一氧化碳净化器排出的氮气)。支管150与过滤器151相连接，该过滤器151过滤催化剂微粒或其它残留在排出气体中的有害气体。
像第一连接管60一样，第二连接管70包括：第一流体管道71，所述第一流体管道71在其一端与支管150相连通，并在另一端与一氧化碳净化器20的出口21b相连通；和第二流体管道72，所述第二流体管道72在其一端与第一流体管道71相连通，并在另一端与电发生器31相连通。第二流体通道开关92安装到第二连接管70和支管150之间的连接点。第二流体通道开关92转换流体通道从而允许第一流体管道71选择性地与支管150和第二流体管道72中的任一个相连通。根据本发明的实施例，第二流体通道开关92包括三通阀门。然而第二流体通道开关并不局限于此，并可根据需要变化。
当第二流体通道开关92使第一流体管道71与第二流体管道72相连通时，由一氧化碳净化器20净化的燃料气体被供给至电发生器31，并因此发电。相反，当第二流体通道开关92使第一流体管道71与支管150相连通时，在催化剂微粒供给到氧化催化剂床22之后，通过第一流体管道71和支管150使从一氧化碳净化器20排出的气体排出到外部。
同时，催化剂微粒产生装置110、开关阀门141、第一流体通道开关91、和第二流体通道开关92连接至控制器200，并因此由控制器200控制它们的操作。
图5是结构图，图解示出了根据本发明的第二实施例的燃料电池系统的构造。以下，只说明第二实施例的特征，并且相同的附图标记代表相同的元件。
如图5所示，在根据本发明的第二实施例的燃料电池系统中，将风扇122用作流体源120。在图1的第一实施例中，储存在气体箱121中的气体用作将催化剂微粒传送至一氧化碳净化器20的介质。然而，在本发明的第二实施例中，通过风扇122流动的空气使从催化剂微粒产生装置110产生的催化剂微粒移动到一氧化碳净化器20。连接风扇122和催化剂微粒产生装置110的管140a连接至过滤器141a，所述过滤器141a过滤从外部引入的空气。
现在，将参照图1、6和7说明根据本发明的实施例的燃料电池系统的操作和控制方法。图6是视图，图解示出了根据本发明的实施例的燃料电池系统中的供给催化剂的操作；以及图7是流程图，图解示出了根据本发明的实施例的燃料电池系统的控制方法。
通过驱动燃料泵42使储存在燃料箱41中的燃料供给至重整器10。然后，重整器10被提供来自热源11的热量，并且通过重整反应从燃料产生氢气。此时，很难完全实现重整反应，由此产生含有副产品一氧化碳的氢气。在该方式下，通过第一连接管60将从重整器10产生的氢气供给至一氧化碳净化器20。此时，控制器200控制第一流体通道开关91以关闭催化剂供给管130，并使第一连接管60的第一和第二流体管道61和62相互连通，因此从重整器10产生的氢气可被供给至一氧化碳净化器20。包含在供给至一氧化碳净化器20的氢气中的一氧化碳通过反应器主体21中的氧化催化剂床22，并且与由空气泵51供给的空气中的氧气发生选择性氧化反应。因此，降低了一氧化碳的浓度。经过该净化步骤的氢气通过第二连接管70被供给至电发生器31。此时，控制器200控制第二流体通道开关92以关闭支管150，并且使第二连接管70的第一和第二流体管道71和72相互连通，以便从一氧化碳净化器20排出的氢气可被供给至电发生器31。供给至电发生器31的氢气与由空气泵51供给的空气(氧气)一起参与氧化还原反应，由此产生电(见操作310)。
同时，当经过该净化步骤的氢气供给至电发生器31时，该氢气通过安装至第二连接管70的气体传感器80。此时，气体传感器80测量未由一氧化碳净化器20消除的一氧化碳的浓度(Cm)，并将测量的结果提供至控制器200(见操作320)。
然后，控制器200将测量的一氧化碳的浓度Cm与参考值Cs比较(见操作330)。根据比较的结果，当判定测量的一氧化碳的浓度高于或等于参考值时，控制器200停止如操作310中所述的电的产生，并且控制第一和第二流体通道开关91和92以转换流体通道。更具体而言，控制器200控制第一流体通道开关91，不仅使第一连接管60的第一流体管道61与催化剂供给管130相连通，而且使第一连接管60的第二流体管道62关闭。另外，控制器200控制第二流体通道开关92，不仅使第二连接管70的第一流体管道71与支管150相连通，而且使第二连接管70的第二流体管道72关闭(见操作340)。当判定测量的浓度Cm小于参考值时，步骤返回到操作320并且重复测量步骤。
在该状态下，控制器200打开安装至连接气体箱121和催化剂微粒产生装置110的管140的开关阀门141，以使预定压力的气体从气体箱121排出。然后，排出的气体流动至催化剂微粒产生装置110。(这与图5的第二实施例的不同在于控制器200操作风扇122以使空气流动至催化剂微粒产生装置)。另外，控制器200将功率施加至催化剂微粒产生装置110，由此加热加热板114以使放置在加热板114上的催化剂材料M蒸发。蒸发的催化剂材料M遇到气体流从而被瞬间冷却。在该步骤中，产生细催化剂微粒P。产生的催化剂微粒P经由第一连接管60的第一流体管道61与通过催化剂供给管130的气体流一起通过一氧化碳净化器20的氧化催化剂床22。此时，催化剂微粒P附于氧化催化剂床22的载体22a。在该方式下，当新的催化剂微粒供给至氧化催化剂床22时，氧化催化剂床22的功能被恢复以提高一氧化碳净化器20的反应效率。穿过氧化催化剂床22的气体流通过出口21b从反应器主体21中排出，并然后通过第二连接管70的第一流体管道71和支管150排到外部(见操作350)。
在催化剂的供给步骤持续达固定时间后，步骤返回到操作310，即通过相同的步骤产生电(见操作360)。
如上所述，根据本发明的实施例，新的催化剂微粒适于供给至一氧化碳净化器的氧化催化剂床，从而总体上可以改善一氧化碳净化器和燃料电池系统的性能。
另外，尽管氧化催化剂床没有被形成为比出于其耐久性的考虑所需求的厚度更厚，但是却能充分保证氧化催化剂床的耐久性。因此，可以总体上减小根据本发明的实施例的一氧化碳净化器和燃料电池系统的尺寸。此外，燃料电池系统可节省产品的初始成本，操作成本，以及维修成本。
尽管已经示出并说明了本发明的几个实施例，然而本领域普通技术人员可以认识到的是，可在不背离本发明的原则和精神的情况下作出改变，其范围限定在权利要求及其等同物中。