專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)，更具體地涉及一種通過加快燃料電池的反應速度從而能夠提高燃料電池性能的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
通常，已提出將燃料電池系統(tǒng)作為礦物燃料的替代，并且與普通電池(輔助電池)不同的是，燃料電池系統(tǒng)提供燃料(氫或碳氫化合物)給陽極并且提供氧給陰極。因此，燃料電池系統(tǒng)進行氫氧之間的電化學反應，而不進行燃料的燃燒反應(氧化反應)，從而將反應前后的能量差直接轉(zhuǎn)換為電能。
如圖1所示，根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆106，陽極102和陰極104以電解膜(未示出)設(shè)置于其間的狀態(tài)堆疊多次，從而通過氫氧之間的電化學反應產(chǎn)生電能；燃料箱108，用于提供燃料給陽極102；氧化劑供應單元110，用于提供氧化劑給陰極104；等等。
燃料泵112安裝在燃料電池堆106的燃料箱108與陽極102之間，用于泵送燃料箱108中存儲的燃料。
含氧的空氣用作提供給陰極104的氧化劑。氧化劑供應單元110包括空氣壓縮機114，用于向燃料電池堆106的陰極104提供空氣；空氣過濾器116，用于過濾提供給燃料電池堆106的空氣；以及增濕器118，用于增濕提供給燃料電池堆106的空氣。
通過向傳統(tǒng)燃料電池提供燃料而產(chǎn)生電能的過程說明如下。
當燃料泵112通過控制器(未示出)的控制信號而工作時，燃料箱108中存儲的燃料通過泵送被提供給燃料電池堆106的陽極102。此外，當空氣壓縮機114工作時，經(jīng)空氣過濾器116過濾的空氣通過增濕器118而增濕并提供給電池堆106的陰極104。
在電解膜(未示出)置于陽極102與陰極104之間的狀態(tài)下，一旦燃料和空氣被提供給燃料電池堆106，則在陽極102中進行氫的電化學氧化，在陰極104中進行氧的電化學還原。此時，由于所產(chǎn)生的電子的移動而產(chǎn)生電流，并且此電流被提供給負載126。
也就是說，在陽極102中產(chǎn)生氫的電化學氧化反應，例如，并且由氧化/還原反應所產(chǎn)生的離子經(jīng)電解膜而傳送給陰極104。此外，在陰極104中產(chǎn)生氧的電化學還原反應，例如。因此，總反應為。
在該燃料電池系統(tǒng)中，提供給燃料電池堆106的燃料和空氣的溫度極大地影響燃料電池的性能。因此，設(shè)置有附加的加熱單元，用于將從燃料箱108提供給陽極102的燃料以及從空氣供應單元110提供給陰極104的空氣的溫度提高為特定溫度。
但是，在傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)中，必須設(shè)置用于加熱提供給燃料電池堆的燃料和空氣的附加的加熱單元，并且必須使用從燃料電池產(chǎn)生的電流來驅(qū)動該加熱單元，從而增加了能耗。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，通過利用燃料電池堆產(chǎn)生的氫來加熱燃料和空氣，而不需要驅(qū)動加熱單元的電源，從而能夠提高燃料電池的性能。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種燃料電池系統(tǒng)，通過利用燃料混合時產(chǎn)生的反應熱來提高燃料的溫度，而能夠提高燃料電池的性能，從而不需要用于提高燃料溫度的加熱單元和驅(qū)動加熱單元的電源。
為達到這些目的，本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，包括陽極、陰極以及設(shè)置于其間的電解膜；燃料供應單元，通過燃料供應管道與燃料電池堆的陽極相連接，用于向陽極提供含氫的燃料；空氣供應單元，通過空氣供應管道與燃料電池堆的陰極相連接，用于向燃料電池堆的陰極提供含氧的空氣；以及加熱單元，用于將提供給燃料電池堆的燃料加熱至適當溫度。
加熱單元通過氫供應管道與燃料電池堆的陽極相連接，并且，加熱單元包括氫燃燒室，用于利用反應后從陽極產(chǎn)生的氫將提供給燃料電池堆的燃料和空氣加熱至適當溫度。
氫燃燒室由以下構(gòu)成殼體，用于分別通過提供給燃料電池堆陽極的燃料和提供給陰極的空氣；吹風機，安裝在殼體上，用于將外部空氣吹入殼體；以及產(chǎn)熱單元，安裝在殼體中，通過在反應后利用燃料電池堆陽極產(chǎn)生的氫而生成熱，加熱經(jīng)過殼體內(nèi)部的燃料和空氣。
加熱單元包括用于在燃料電池工作之前給燃料箱提供燃料粉末的燃料包，以利用燃料粉末與燃料供應單元的燃料箱中存儲的水混合時產(chǎn)生的熱來提高燃料的溫度。
燃料包包括容器，用于存儲燃料粉末；以及開/關(guān)單元，安裝在容器入口處，用于在給燃料箱提供燃料粉末時打開容器入口。
加熱單元包括熱電模塊，用于加熱從燃料供應單元的燃料箱提供給燃料電池堆的陽極的燃料。


圖1為根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的局部剖開透視圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的剖視圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的控制器的方框圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的加熱單元的剖視圖；圖7和圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的加熱單元的工作狀態(tài)的剖視圖；圖9為沿圖8的IX-IX線的剖視圖；圖10為提高根據(jù)本發(fā)明第二實施例的燃料電池系統(tǒng)的燃料溫度的過程的曲線圖；以及圖11為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的加熱單元的工作的示意圖。
具體實施例方式
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)更具體地說明如下。
即使根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可具有多個實施例，但以下將說明最優(yōu)選的實施例。
圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆6，其陽極2和陰極4堆疊多次，從而在電解膜設(shè)置于其間的狀態(tài)下通過氫氧之間的電化學反應產(chǎn)生電能；燃料箱8，用于存儲提供給陽極2的燃料；空氣供應單元10，用于給陰極4提供含氧的空氣；燃料循環(huán)裝置，用于使燃料電池堆6排出的燃料循環(huán)進入燃料箱8；以及加熱單元12，即氫燃燒室，用于加熱提供給燃料電池堆6的燃料和空氣。
燃料箱8存儲NaBH4水溶液，并通過燃料供應管道14與燃料電池堆6的陽極2相連接。在燃料供應管道14的一端，安裝有燃料泵16，用于泵送燃料箱8中存儲的燃料。
空氣供應單元10包括空氣供應管道18，用于導引大氣至燃料電池堆6的陰極4；空氣過濾器20，安裝在空氣供應管道18的入口處，用于過濾被吸入空氣供應管道18的空氣；空氣泵22，安裝在空氣供應管道18的一端，用于產(chǎn)生吸取外部空氣的吸力；以及增濕器24，用于增濕由空氣泵22吸取的空氣。在增濕器24處安裝有水箱26，用于給增濕器24提供水。
當含氫的燃料和含氧的空氣分別從燃料箱8提供給燃料電池堆6的陽極2和從空氣供應單元10提供給燃料電池堆6的陰極4時，在燃料電池堆6中進行以下反應，從而產(chǎn)生電流。
也就是說，在陽極2中，進行電化學氧化反應，從而通過電解膜將氧化還原反應產(chǎn)生的離子傳送至陰極4；在陰極4中，進行所提供的空氣的電化學還原反應。
因此，總反應表示為。
在進行這些反應時，在陽極2中同時進行副反應，例如。
燃料循環(huán)包括氣/液分離器26，用于將陽極2和陰極4中的反應之后排出的燃料分離為氣體和液體；燃料循環(huán)管道28，用于使從氣/液分離器26排出的液態(tài)燃料循環(huán)進入燃料箱8；以及循環(huán)泵30，安裝在燃料循環(huán)管道28上，用于將循環(huán)的液體燃料泵送至燃料箱8。
燃料電池堆6的陽極2中發(fā)生反應之后產(chǎn)生的NaBO2+4H2由氣/液分離器26分為氣體和液體。由此，水和NaBO2經(jīng)燃料循環(huán)管道28循環(huán)至燃料箱8，而氫被排至外部。從氣/液分離器26排出的氫經(jīng)氫供應管道32提供給加熱單元12，以用作加熱單元12的熱源。
圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的局部剖開透視圖。
如圖3所示，加熱單元12由以下構(gòu)成殼體50，燃料供應管道14、空氣供應管道18及氫供應管道32都與其連接；吹風機52，安裝在殼體50的下部，用于將外部空氣吹入殼體50；以及產(chǎn)熱單元54，安裝在殼體50中，通過利用從氣/液分離器26提供的氫進行反應之后產(chǎn)生熱量，加熱通過殼體50內(nèi)部的燃料和空氣。
殼體50形成為具有特定直徑和高度的圓柱形，直徑小于殼體50的圓柱形分隔體56安裝在殼體50中，與殼體50的內(nèi)圓周表面具有固定間隔。在殼體50的上部形成有多個排出孔58，用于將已完成加熱工作的氣體排出到外部；產(chǎn)熱單元54和吹風機52安裝在殼體50的下部。
燃料管60在分隔體56內(nèi)部設(shè)置為螺管形，而空氣管62在分隔體56外部設(shè)置為螺管形。
由于經(jīng)過產(chǎn)熱單元54而被加熱的氣體通過分隔體56內(nèi)部，所以燃料管60與氣體直接接觸而被加熱，空氣管62經(jīng)分隔體56與氣體間接接觸而被加熱。因此，液態(tài)的燃料和氣態(tài)的空氣被加熱至相同溫度。
燃料管60的一端部與燃料入口64相連接，其另一端部與燃料出口66相連接?？諝夤?2的一端部與空氣入口68相連接，其另一端部與空氣出口70相連接。
此外，燃料入口64和燃料出口66分別與燃料供應管道14相連接，空氣入口68和空氣出口70分別與空氣供應管道18相連接，該空氣供應管道18連接空氣過濾器20與增濕器24。
安裝在殼體50下部的吹風機52使用從燃料電池堆6產(chǎn)生的電流作為電源，將外部空氣吹入殼體50和產(chǎn)熱單元54。
這里，吹風機52使用的電源非常小，從而幾乎不會影響到燃料電池系統(tǒng)的性能。
產(chǎn)熱單元54安裝在殼體50的下部并形成為蜂窩式，催化劑80附于其內(nèi)部。用于點火的點火器(未示出)安裝在產(chǎn)熱單元54的一側(cè)，并且產(chǎn)熱單元54與氫供應管道32相連接，以從氣/液分離器26提供氫。產(chǎn)熱單元54通過以下操作產(chǎn)生熱。首先，由吹風機52吹入的含氧空氣被引入產(chǎn)熱單元54的下部，并且從氣/液分離器26經(jīng)氫供應管道32提供氫。在此狀態(tài)下，在點火器中進行點火后，在產(chǎn)熱單元54中進行氧、氫及催化劑之間的反應。由此，產(chǎn)熱單元產(chǎn)生熱。這里，所用的催化劑優(yōu)選為鉑催化劑。
圖5為根據(jù)本發(fā)明一實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的控制器的方框圖。
加熱單元12設(shè)置有控制器，用于將所加熱的空氣和燃料的溫度保持在適當水平，而后提供給燃料電池堆6。
該控制器包括溫度傳感器72，安裝在氫燃燒室即加熱單元的一側(cè)，用于檢測氫燃燒室的溫度；氫供應量控制器76，安裝在氫供應管道32上，用于控制給氫燃燒器的供氫量；以及控制器74，用于根據(jù)由溫度傳感器72提供的信號控制氫供應量控制器76。
根據(jù)本發(fā)明一實施例設(shè)置有加熱單元的燃料電池的工作說明如下。
含氫的NaBH4提供給陽極2，同時含氧的空氣提供給陰極4，從而與電解膜進行反應，由此產(chǎn)生離子。當離子引起電化學反應便形成水，電子在陽極2中產(chǎn)生并向陰極4移動，從而產(chǎn)生電流。
對此詳細說明如下。在陽極2中，進行電化學氧化反應；而在陰極4中，進行所提供的空氣的電化學還原反應。
在進行這些反應時，在陽極2中進行副反應，例如，從而在燃料(NaBH4水溶液)中產(chǎn)生氫(4H2)。由此，所產(chǎn)生的氫與NaBO2從陽極2排出。此時，從陽極2的出口排出的NaBO2和氫經(jīng)過氣/液分離器26而分離為氣體和液體。在此過程中，液態(tài)的水和NaBO2經(jīng)燃料循環(huán)管道28循環(huán)進入燃料箱8，而氣態(tài)的氫經(jīng)氫供應管道42提供給加熱單元12。加熱單元12使用所提供的氫將燃料和空氣加熱到適當溫度。
也就是說，當含氧的空氣由吹風機52吹入殼體50內(nèi)部并且從氣/液分離器26排出的氫被提供給產(chǎn)熱單元54時，氫、氧及設(shè)于產(chǎn)熱單元54處的催化劑相互反應，從而在加熱單元12中產(chǎn)生熱。
通過產(chǎn)熱單元54中生成的熱量，由吹風機52吹入殼體50內(nèi)部的空氣被加熱，并且所加熱的空氣經(jīng)過殼體50內(nèi)部而加熱燃料管60和空氣管62。然后，已完成加熱工作的空氣經(jīng)排出孔58排到外部。
這里，經(jīng)過產(chǎn)熱單元54而加熱的空氣直接加熱燃料管60，并通過分隔體56間接加熱空氣管62，使得經(jīng)過燃料管60的液態(tài)燃料和經(jīng)過空氣管62的氣態(tài)空氣彼此具有幾乎相同的溫度，并且分別被提供給陽極2和陰極4。
圖6為根據(jù)本發(fā)明第二實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的剖視圖。
根據(jù)第二實施例的加熱單元利用燃料電池工作前燃料粉末與燃料箱8中存儲的水混合時產(chǎn)生的反應熱來將燃料的溫度提高到適當水平。該加熱單元包括燃料包200，用于存儲燃料粉末；以及葉片202，安裝在燃料箱8的一側(cè)，用于在將燃料粉末從燃料包200提供給燃料箱8時充分混合燃料粉末與水。
如圖7和圖8所示，燃料包200包括容器204，用于存儲燃料粉末；以及開/關(guān)單元208，安裝在容器入口206處，用于在平時保持關(guān)閉狀態(tài)，而將燃料包200安裝到燃料箱8上時打開容器入口206，從而將存儲在容器204中的燃料粉末提供給燃料箱8。
開/關(guān)單元208由以下構(gòu)成罩體212，密封地安裝在容器入口206處，并在其中設(shè)置有閥座210；閥板216，接觸閥座210或與閥座210相分離，用于進行開/關(guān)操作；止動板224，通過連桿218與閥板216相連接，并由形成在燃料箱8的上表面的燃料供應單元220止動，用于使閥板216與閥座210相分離；以及彈簧226，安裝在止動板224及閥座210上，用于提供彈性力，通過該彈性力，閥板216附著在閥座210上。
閥板216優(yōu)選形成為“V”形，從而易于附著在閥座210上。
此外，如圖9所示，止動板224與連桿218整體地形成，并設(shè)置有多個貫通孔228，用于使其周圍的燃料粉末通過。此外，彈簧226優(yōu)選形成為卷簧，使彈簧226的一端掛在閥座210的下表面，其另一端掛在止動板224的上表面。
燃料供應單元220從燃料箱8的上部凸出為圓柱形。當止動板224停止在燃料供應單元220的上表面時，燃料包200打開，將燃料粉末提供給燃料箱8。
以下說明開/關(guān)單元208的工作。首先，當罩體212插入燃料箱8的燃料供應單元220時，止動板224停止在燃料供應單元220的上表面，從而向上移動連桿218并使閥板216與閥座210相分離。然后，存儲在容器204中的燃料粉末經(jīng)燃料供應單元220提供給燃料箱8，從而與水混合。
燃料包200中的燃料粉末是NaOH和BH4彼此適當混合的粉末。當NaOH與水混合時，按以下反應方程式進行反應并產(chǎn)生熱。
反應方程式葉片202可旋轉(zhuǎn)地安裝在燃料箱8的下側(cè)，并與用于通過轉(zhuǎn)軸232產(chǎn)生驅(qū)動力的驅(qū)動馬達230相連接，從而通過驅(qū)動馬達230的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，并將燃料箱8中存儲的水與提供給燃料箱8的NaOH和BH4相混合。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的運行說明如下。
首先，在驅(qū)動燃料電池之前，將NaOH和BH4粉末提供給燃料箱8，以制備燃料水溶液。此時，將燃料箱8中存儲的水與燃料粉末相混合而產(chǎn)生熱。
也就是說，當存儲NaOH和BH4粉末的燃料包200安裝在燃料箱8的燃料供應單元220處，安裝在容器入口206處的開/關(guān)單元208以與上述方式相同的方式工作。由此，容器入口206打開，以將容器204中存儲的NaOH和BH4粉末提供給燃料箱。
然后，如反應方程式所示，水與NaOH反應從而將燃料的溫度提高至一固定溫度。此時，葉片202旋轉(zhuǎn)，使水與NaOH和BH4粉末充分混合。
以下通過實驗數(shù)據(jù)說明提高燃料溫度的操作。如圖10所示，在燃料箱8中存儲的水保持約22℃的狀態(tài)下，NaOH和BH4粉末被提供給燃料箱8。由此，燃料溫度升高至約90℃，并隨著時間推移而逐漸降低。這里，燃料的最佳溫度為60℃～80℃，使得燃料電池系統(tǒng)驅(qū)動在約70℃，從而提供燃料給燃料電池堆6。如圖10所示，在NaOH和BH4粉末提供給燃料箱8后約15分鐘，燃料溫度達到70℃。因此，優(yōu)選在NaOH和BH4粉末提供給燃料箱8后約15分鐘再驅(qū)動燃料電池。
當用于增加燃料溫度的上述過程完成時，燃料泵16工作，將燃料從燃料箱8提供給陽極2，同時空氣泵22工作，將空氣從空氣供應單元提供給陰極4。然后，燃料和空氣與電解膜反應而產(chǎn)生離子。當離子引起電化學反應而形成水時，電子在陽極2中產(chǎn)生并向陰極4移動，從而產(chǎn)生電流。
對此詳細說明如下。在陽極2中，進行電化學氧化反應；在陰極4中，進行所提供的空氣的電化學還原反應。
已完成所述過程的燃料排至氣/液分離器26，氣/液分離器26將氣體與液體相分離，從而將氣體排至外部，并將液體燃料經(jīng)燃料循環(huán)管道28循環(huán)進入燃料箱8。
此時，由于在燃料電池堆6中發(fā)生反應之后排出的燃料的溫度已經(jīng)提高，所以循環(huán)進入燃料箱8的燃料的溫度保持在適當水平。因此，當燃料電池工作時，燃料的溫度保持為適當水平。
圖11為根據(jù)本發(fā)明第三實施例的燃料電池系統(tǒng)的加熱單元的示意圖。
根據(jù)第三實施例的加熱單元包括熱電模塊250，安裝在燃料供應管道14及燃料循環(huán)管道28上，用于加熱從燃料箱8提供給燃料電池堆6的燃料，以及冷卻從燃料電池堆6循環(huán)進入燃料箱8的燃料。
在燃料供應管道14上，安裝有加熱容器252，用于通過熱電模塊250的發(fā)熱運行而加熱提供給燃料電池堆6而經(jīng)過的燃料；在燃料循環(huán)管道28上，安裝有冷卻容器254，用于通過熱電模塊250的吸熱運行而冷卻循環(huán)進入燃料箱8而經(jīng)過的燃料。
此外，在燃料循環(huán)管道28上冷卻容器254與燃料箱8之間安裝有燃料過濾器256，用于去除經(jīng)過冷卻容器254而結(jié)晶的NaBO2。燃料過濾器256包括外殼，安裝在連接該冷卻容器和該燃料箱的燃料循環(huán)管道上；以及過濾網(wǎng)，安裝在該外殼內(nèi)，用于濾除結(jié)晶的NaBO2。
在燃料電池堆6中連續(xù)進行第一實施例中的上述反應，并且在陽極2中同時進行例如的反應。
從燃料電池堆6排出的NaBO2在固定的高溫中溶解，而在固定的低溫中結(jié)晶，從而阻塞燃料循環(huán)管道28或燃料供應管道14。為防止這種狀況，利用熱電模塊250的吸熱運行，從而在NaBO2循環(huán)進入燃料箱8之前將其去除。
也就是說，在利用熱電模塊250的吸熱運行冷卻從燃料電池堆6排出的燃料時，NaBO2結(jié)晶，而結(jié)晶的BO2-被燃料過濾器256濾除。
熱電模塊250利用了珀耳帖(Peltier)效應并且包括高溫陶瓷板258，附著于加熱容器252；低溫陶瓷板260，附著于冷卻容器254；第一電極262，安裝在高溫陶瓷板258處，并且對其提供電流；第二電極264，安裝在低溫陶瓷板260處；以及n/p型熱電半導體266，排列在第一電極262與第二電極264之間。當電流提供給n/p型熱電半導體266時，通過熱電效應在該模塊的兩個表面產(chǎn)生溫度差，從而經(jīng)高溫陶瓷板258產(chǎn)生發(fā)熱運行，并經(jīng)低溫陶瓷板260產(chǎn)生吸熱運行。
根據(jù)第三實施例的燃料電池系統(tǒng)的運行說明如下。
如果當燃料經(jīng)燃料供應管道14從燃料箱8提供給燃料電池堆的陽極2時，電流提供給熱電模塊250，經(jīng)熱電模塊250的高溫陶瓷板258產(chǎn)生發(fā)熱運行，從而加熱該加熱容器252。由此，經(jīng)過加熱容器252的燃料被加熱至適當溫度而提供給燃料電池堆6。
此外，當反應后從燃料電池堆6排出的燃料經(jīng)燃料循環(huán)管道28被引入冷卻容器254時，通過熱電模塊250的吸熱運行，冷卻容器254經(jīng)低溫陶瓷板260而冷卻。然后，經(jīng)過冷卻容器254的燃料冷卻，使得燃料中所含的NaBO2結(jié)晶，而BO2-晶體被燃料過濾器256濾除。
在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，利用陽極產(chǎn)生的氫加熱提供給燃料電池堆的燃料和空氣。由此，不需要加熱燃料和空氣的附加電源，從而提高了燃料電池系統(tǒng)的性能。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，在燃料的溫度提高至適當溫度的狀態(tài)下，燃料被提供給燃料電池堆，從而提高了燃料電池的性能。
另外，根據(jù)本發(fā)明，去除了從燃料電池堆循環(huán)進入燃料箱的燃料中所含的NaBO2，從而防止了燃料供應管道或燃料循環(huán)管道阻塞的現(xiàn)象，因而在燃料供應和燃料循環(huán)中運行順暢，提高了燃料電池的可靠性。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，不脫離本發(fā)明的精神或范圍可對本發(fā)明進行各種改型和變化。因此，本發(fā)明旨在涵蓋隨附權(quán)利要求書及其等效范圍內(nèi)對于本發(fā)明的全部改型和變化。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆，包括陽極、陰極以及設(shè)置于其間的電解膜；燃料供應單元，通過燃料供應管道與燃料電池堆的陽極相連接，用于向陽極提供含氫的燃料；空氣供應單元，通過空氣供應管道與燃料電池堆的陰極相連接，用于向燃料電池堆的陰極提供含氧的空氣；以及加熱單元，用于將提供給燃料電池堆的燃料加熱至適當溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括氣/液分離器，用于獲得反應后從燃料電池堆產(chǎn)生的氫。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該加熱單元通過氫供應管道與該燃料電池堆的陽極相連接，并且該加熱單元包括氫燃燒室，用于利用反應后從陽極產(chǎn)生的氫將提供給該燃料電池堆的燃料和空氣加熱至適當溫度。
4.如權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中氫燃燒室包括殼體，用于分別通過提供給該燃料電池堆陽極的燃料和提供給該燃料電池堆陰極的空氣；吹風機，安裝在殼體處，用于將外部空氣吹入該殼體；以及產(chǎn)熱單元，安裝在該殼體中，通過在反應后利用該燃料電池堆陽極產(chǎn)生的氫而生成熱，加熱經(jīng)過該殼體內(nèi)部的燃料和空氣。
5.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在該殼體中，燃料經(jīng)過的燃料管道設(shè)置為螺管形，空氣經(jīng)過的空氣管道設(shè)置為螺管形。
6.如權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料管道和該空氣管道通過分隔體而彼此分離。
7.如權(quán)利要求6所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料管道設(shè)置在該分隔體內(nèi)部，從而直接接收該產(chǎn)熱單元生成的熱；該空氣管道設(shè)置在該分隔體外部，從而間接接收該產(chǎn)熱單元生成的熱。
8.如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料管道的一端部與燃料入口相連接，其另一端部與燃料出口相連接，并且燃料入口設(shè)置在該殼體的上側(cè)，燃料出口設(shè)置在該殼體的下側(cè)。
9.如權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料管道的一端部與燃料入口相連接，其另一端部與燃料出口相連接，并且燃料入口和燃料出口分別設(shè)置在該殼體的上側(cè)。
10.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該吹風機可旋轉(zhuǎn)地安裝在該殼體的下部，多個排出孔形成在該殼體的上部，所述排出孔用于排出在向外經(jīng)過該殼體時已完成加熱工作的空氣。
11.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該吹風機利用燃料電池堆產(chǎn)生的電能作為電源。
12.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該產(chǎn)熱單元設(shè)置有附著于其內(nèi)部的催化劑，并且該產(chǎn)熱單元形成為引入由吹風機吹送的含氧的空氣，從而由氫、氧及催化劑的相互反應而生成熱。
13.如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該催化劑形成為蜂窩式，用于點火的點火器安裝在該催化劑的一側(cè)，該產(chǎn)熱單元與該氫供應管道相連接，從而被供應來自該氣/液分離器的氫。
14.如權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該氫燃燒室設(shè)置有控制器，用于將所加熱的空氣和燃料的溫度保持在適當水平，而后提供給該燃料電池堆。
15.如權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中該控制器包括溫度傳感器，安裝在該氫燃燒室的一側(cè)，用于檢測該氫燃燒室的溫度；氫供應量控制器，安裝在該氫供應管道上，用于控制給該氫燃燒室的供氫量；以及控制器，用于根據(jù)從該溫度傳感器提供的信號控制該氫供應量控制器。
16.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該加熱單元包括用于在燃料電池工作之前給燃料箱提供燃料粉末的燃料包，以利用燃料粉末與該燃料供應單元的燃料箱中存儲的水混合時產(chǎn)生的熱來提高燃料的溫度。
17.如權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其中該燃料包包括容器，用于存儲燃料粉末；以及開/關(guān)單元，安裝在容器入口處，用于在給燃料箱提供燃料粉末時打開該容器入口。
18.如權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中該開/關(guān)單元包括罩體，安裝在該容器入口處，并且其中設(shè)置有閥座；閥板，接觸該閥座或與該閥座相分離，用于進行開/關(guān)操作；止動板，與該閥板相連接，用于將燃料包安裝到燃料箱上時將該閥板與該閥座相分離；以及彈簧，安裝在該止動板與該閥座的下表面之間，用于提供將該閥板附著于閥座的彈力。
19.如權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料箱的上表面設(shè)置有燃料供應單元，該罩體插入該燃料供應單元中，并且該止動板停止在該燃料供應單元處，用于將燃料包中存儲的燃料提供給燃料箱。
20.如權(quán)利要求19所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料供應單元從該燃料箱的上表面凸出為圓柱形，用于止動該止動板的止動表面形成在該燃料供應單元的上表面，用于提供燃料粉末的供應孔形成在該止動表面上。
21.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，該閥板優(yōu)選形成為“V”形，從而易于附著在閥座上。
22.如權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該止動板設(shè)置有多個貫通孔，用于使其周圍的燃料粉末通過。
23.如權(quán)利要求18所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該彈簧優(yōu)選為卷簧，安裝在該止動板的上表面和該閥座的下表面之間。
24.如權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，葉片安裝在該燃料箱的一側(cè)，用于在燃料粉末從燃料包提供給燃料箱時將燃料粉末與水充分混合。
25.如權(quán)利要求24所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該葉片可旋轉(zhuǎn)地安裝在該燃料箱的下部，并且與通過轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生驅(qū)動力的驅(qū)動馬達相連接。
26.如權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該燃料粉末是NaOH與BH4的混合粉末。
27.如權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該加熱單元包括熱電模塊，用于加熱從該燃料供應單元的燃料箱提供給該燃料電池堆的陽極的燃料。
28.如權(quán)利要求27所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，加熱容器安裝在該燃料供應管道上，該加熱容器與該熱電模塊相接觸，并且用于通過該熱電模塊的發(fā)熱運行來加熱燃料。
29.如權(quán)利要求27所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，用于冷卻燃料的冷卻容器和用于濾除該冷卻容器中結(jié)晶的NaBO2的燃料過濾器安裝在用于將燃料從燃料電池堆循環(huán)進入燃料箱的燃料循環(huán)管道上。
30.如權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，該冷卻容器設(shè)置有該熱電模塊的低溫陶瓷板，從而被該熱電模塊的吸熱運行所冷卻。
31.如權(quán)利要求29所述的燃料電池系統(tǒng)，其中該燃料過濾器包括外殼，安裝在連接該冷卻容器和該燃料箱的燃料循環(huán)管道上；以及過濾網(wǎng)，安裝在該外殼內(nèi)，用于濾除結(jié)晶的NaBO2。
全文摘要
一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆(6)，包括陽極(2)、陰極(4)以及設(shè)置于其間的電解膜；燃料供應單元，通過燃料供應管道(14)與燃料電池堆(6)的陽極相連接，用于向陽極(2)提供含氫的燃料；空氣供應單元(10)，通過空氣供應管道(48)與燃料電池堆的陰極相連接，用于向燃料電池堆的陰極提供含氧的空氣；以及加熱單元(12)，用于將提供給燃料電池堆的燃料加熱至適當溫度。由此，不需要用于驅(qū)動加熱單元(12)的電源，從而提高了燃料電池的性能。
文檔編號H01M8/04GK1886853SQ200380110949
公開日2006年12月27日 申請日期2003年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月30日
發(fā)明者趙太憙, 樸明碩, 崔弘, 金奎晸, 李明浩, 金哲歡, 黃龍俊, 高承兌, 許成根 申請人:Lg電子株式會社