專利名稱：燃料處理裝置、具有該裝置的燃料電池系統(tǒng)及其驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有利用電能和熱能的綜合燃料處理裝置的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
概括而言，燃料電池是將包含在如甲醇、乙醇和天然氣之類的碳?xì)浠衔锊牧现械臍錃馀c氧氣之間反應(yīng)產(chǎn)生的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。
與其他燃料電池相比，近來研發(fā)的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)具有極佳的輸出特性、低工作溫度及快速啟動(dòng)和響應(yīng)特性。PEMFC具有寬廣的應(yīng)用范圍，包括用于車輛的移動(dòng)電源、用于房屋或建筑物的配電電源、和用于電子裝置的小型電源。
PEMFC主要需要電池堆、重整器、燃料箱和燃料泵。電池堆構(gòu)成通過氫氣和氧氣之間反應(yīng)發(fā)電的燃料電池主體。燃料泵將存儲(chǔ)在燃料箱中的燃料提供給重整器。然后，重整器轉(zhuǎn)化燃料以產(chǎn)生氫氣并將氫氣提供給電池堆。
PEMFC的重整器通過需要輸入熱能的催化化學(xué)反應(yīng)從燃料中產(chǎn)生氫氣。因此，重整器包括產(chǎn)生熱能的熱源單元和利用熱能通過燃料轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氫氣的重整單元。熱源單元產(chǎn)生熱能，此熱能是利用使催化劑氧化在燃料和氧氣之間通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生的。
由于重整器在燃料和氧氣之間通過氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能并利用熱能通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，導(dǎo)致這些反應(yīng)所需的啟動(dòng)時(shí)間延長(zhǎng)。這將使系統(tǒng)負(fù)載集中在重整器上，因而將降低燃料電池系統(tǒng)的整體性能。
針對(duì)快速啟動(dòng)系統(tǒng)和分配系統(tǒng)負(fù)載的各種研究已有所進(jìn)展。這類重整器的例子被公開在美國(guó)專利6299744號(hào)中，其將燃料轉(zhuǎn)化為氫氣和如一氧化碳及二氧化碳之類的副產(chǎn)品。這種重整器有利于啟動(dòng)系統(tǒng)和分配系統(tǒng)負(fù)載，但由于不能除去或者再利用其副產(chǎn)品，相反副產(chǎn)品被直接排出，因而對(duì)系統(tǒng)的性能和可靠性不利。
在傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)中，電池堆排放出發(fā)電后殘留的未反應(yīng)的氫氣。這時(shí)，未反應(yīng)的氫氣未被再利用而被排放掉，由此降低了整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的熱效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種燃料處理裝置、包括該燃料處理裝置的燃料電池系統(tǒng)、和用于驅(qū)動(dòng)該燃料電池系統(tǒng)的方法。
本發(fā)明的解決方案是提供一種利用電能和熱能從燃料中產(chǎn)生氫氣的綜合燃料處理裝置，借此可縮短燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間和分配集中在重整器上的負(fù)載。這種改進(jìn)可提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的性能。
此外，由于從第一重整器排放出的副產(chǎn)品和從電池堆排放出的未反應(yīng)的氫氣能夠作為第二重整器的熱源被再利用，可降低燃料消耗和提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的熱效率。
在隨后的描述中將闡述本發(fā)明的其他特點(diǎn)，其中部分特點(diǎn)可從這些描述中明顯得知，或從本發(fā)明的實(shí)施中得到啟示。
本發(fā)明公開了一種用于燃料電池系統(tǒng)的燃料處理裝置，該裝置與通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)發(fā)電的電池堆相連，其從燃料中產(chǎn)生氫氣并將氫氣提供給電池堆。本燃料處理裝置包括利用電能通過燃料的電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第一重整器和利用熱能通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第二重整器。
本發(fā)明還公開了一種燃料電池系統(tǒng)，其包括通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)發(fā)電的電池堆和與電池堆連接以從燃料產(chǎn)生氫氣并將氫氣提供給電池堆的燃料處理裝置。此燃料電池系統(tǒng)還包括分別將燃料提供給燃料處理裝置的燃料供應(yīng)單元和將空氣提供給電池堆和燃料處理裝置的空氣供應(yīng)單元。所述燃料處理裝置包括利用電能通過燃料的電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第一重整器。該燃料處理裝置還包括利用熱能通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第二重整器。
本發(fā)明也公開了一種驅(qū)動(dòng)包括通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)發(fā)電的電池堆的燃料電池系統(tǒng)的方法。燃料電池系統(tǒng)包括利用電能通過燃料的電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第一重整器以及利用熱能通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第二重整器。該方法包括啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)時(shí)驅(qū)動(dòng)第一和第二重整器；使第一重整器產(chǎn)生氫氣并將由此得到的氫氣提供給電池堆；以及使第二重整器產(chǎn)生氫氣并將氫氣提供給電池堆。
可以理解，上面的概括性描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性和解釋性的，旨在進(jìn)一步說明所要求保護(hù)的本發(fā)明。


下面將結(jié)合附圖對(duì)一些示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述，通過這些描述本發(fā)明的上述和其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清晰。
圖1的方框圖示意地示出了本發(fā)明第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)；圖2是圖1所示的電池堆結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖3的橫截面圖示意地示出了圖1所示的第一重整器的結(jié)構(gòu)；圖4的橫截面圖示意地示出了圖1所示的第二重整器的結(jié)構(gòu)；圖5的方框圖示意地示出了本發(fā)明第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖6的方框圖示意地示出了本發(fā)明第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；圖7的方框圖示意地示出了本發(fā)明第四實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式
圖1的方框圖示意性地示出了本發(fā)明第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。
參考圖1，第一實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)100具有PEMFC型式，其重整燃料以產(chǎn)生氫氣，并使氫氣和氧氣互相反應(yīng)以發(fā)電。
燃料電池系統(tǒng)100中使用的燃料可以包括含有氫氣的液態(tài)或氣態(tài)燃料例如甲醇、乙醇或天然氣。在下面所描述的本實(shí)施方式中所使用的燃料是液體形式。
燃料電池系統(tǒng)100可以利用存儲(chǔ)在另外的存儲(chǔ)裝置中以和氫氣反應(yīng)的純氧，或者可以利用含有氧氣的空氣。下面的描述使用來自空氣中的氧氣。
燃料電池系統(tǒng)100包括通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)發(fā)電的電池堆10和重整燃料以產(chǎn)生氫氣、并將氫氣提供給電池堆10的燃料處理裝置30。燃料電池系統(tǒng)100還包括將燃料提供給燃料處理裝置30的燃料供應(yīng)單元50和將空氣提供給電池堆10的空氣供應(yīng)單元70。
如圖2所示，電池堆10包括通過氫氣和氧氣之間的電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電的發(fā)電單元11。發(fā)電單元11是將也稱作“雙極板”的隔離膜16設(shè)置在膜電極組件(MEA)12的兩表面上的單元燃料電池。通過順序地堆疊多個(gè)發(fā)電單元11形成電池堆10。
MEA 12包括形成在MEA的一表面上的陽(yáng)極、形成在MEA 12的另一表面上的陰極、和形成在陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)膜。陽(yáng)極將氫氣分離成電子和氫離子。電解質(zhì)膜作為用于將氫離子轉(zhuǎn)移到陰極的媒介。陰極產(chǎn)生水，水是電子和從陽(yáng)極電極側(cè)供給的氫離子及空氣中含有的氧氣反應(yīng)的副產(chǎn)品。
隔離膜16向MEA 12提供氫氣和氧氣，還使MEA 12的陽(yáng)極和陰極耦連。
電池堆10的最外邊緣可以設(shè)置用于壓緊多個(gè)發(fā)電單元11的壓板13。當(dāng)然，本發(fā)明的電池堆10也可設(shè)置成沒有壓板13，此時(shí)將隔離膜16設(shè)置在發(fā)電單元11的最外側(cè)以壓緊多個(gè)發(fā)電單元11。
此外，壓板13包括用于將氫氣提供給發(fā)電單元11的氫氣注入口13a、用于向發(fā)電單元11提供空氣的空氣注入口、用于從發(fā)電單元11排出未反應(yīng)氫氣的未反應(yīng)氫氣排放口13c、以及用于從發(fā)電單元11釋放未反應(yīng)空氣和通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)產(chǎn)生的水的水排放口13d。
在本實(shí)施方式中，燃料處理裝置30包括利用電能從燃料中產(chǎn)生氫氣的第一重整器20和利用熱能從燃料中產(chǎn)生氫氣的第二重整器40。隨后將參考圖3和圖4詳細(xì)描述第一重整器20和第二重整器40的結(jié)構(gòu)。
燃料供應(yīng)單元50向燃料處理裝置30的第一和第二重整器20和40提供燃料，該供應(yīng)單元包括存儲(chǔ)燃料的燃料箱51和具有用于從燃料箱51中排出燃料的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的燃料泵53。
空氣供應(yīng)單元70包括至少一個(gè)空氣泵71，該空氣泵可以抽吸來自大氣或者另外的氣源的空氣，并將空氣提供給電池堆10的發(fā)電單元11和燃料處理裝置30的第二重整器40。在如圖1所示的實(shí)施方式中，空氣供應(yīng)單元70通過單個(gè)空氣泵71將空氣提供給發(fā)電單元11和第二重整器40。當(dāng)然，空氣供應(yīng)單元70不限于這種結(jié)構(gòu)，還可以用包括連接到發(fā)電單元11和第二重整器40的一對(duì)空氣泵代替。此外，空氣供應(yīng)單元70可以包括替代空氣泵71的風(fēng)機(jī)。
圖3的橫截面圖示意地示出圖1所示的第一重整器的結(jié)構(gòu)。
參考圖3，本示例性實(shí)施方式的第一重整器20利用電能通過燃料的電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，其被公開在美國(guó)專利6299744號(hào)中。
第一重整器20包括形成預(yù)定內(nèi)部空間的殼體21。電解質(zhì)膜24將殼體21的內(nèi)部空間分隔為獨(dú)立的空間以形成陽(yáng)極室22和陰極室23。陽(yáng)極25設(shè)置在陽(yáng)極室22中的電解膜24的一側(cè)，陰極26設(shè)置在陰極室23中的電解膜24的另一側(cè)。與陽(yáng)極25和陰極26相連的電源27向陽(yáng)極25和陰極26提供電壓。
陽(yáng)極室22通過管道與燃料箱51相連并接收來自燃料箱51的燃料。陰極室23形成用電解質(zhì)膜24與陽(yáng)極室22的內(nèi)部空間分離的真空區(qū)(emptyspace)。陽(yáng)極25形成在作為用于氧化反應(yīng)的催化劑的電解質(zhì)膜24的一表面上。陰極26形成在作為用于還原反應(yīng)的催化劑的電解質(zhì)膜24的另一表面上。陽(yáng)極室22包括例如用于排放通過陽(yáng)極25的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的如一氧化碳和二氧化碳之類的副產(chǎn)品的副產(chǎn)品排放口28。陰極室23包括用于排放通過在陰極26處的還原反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣的氫氣排放口29。這時(shí)，氫氣排放口29可以通過管道連接到如圖2所示的電池堆10的氫氣注入口13a。
圖4的橫截面圖示意性地示出如圖1所示的第二重整器40的結(jié)構(gòu)。
參考圖4，本示例性實(shí)施方式的第二重整器40具有利用熱能通過燃料的催化轉(zhuǎn)化產(chǎn)生氫氣的傳統(tǒng)重整器結(jié)構(gòu)，例如，蒸汽重整、部分氧化和自熱反應(yīng)(auto-thermal reaction)。
根據(jù)本實(shí)施方式，第二重整器40包括通過燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能的熱源單元41。第二重整器40還包括利用從熱源單元41產(chǎn)生的熱能通過重整反應(yīng)從燃料產(chǎn)生氫氣的重整單元42。
熱源單元41具有容易地將通過燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱能傳遞到重整單元42的結(jié)構(gòu)。它還包括加速燃料和空氣之間的氧化反應(yīng)以消耗(combust)燃料和空氣的催化劑43。熱源單元41通過管道與燃料供應(yīng)單元50的燃料箱51相連，并可與空氣供應(yīng)單元70的空氣泵71相連。
重整單元42包括加速產(chǎn)生氫氣的燃料重整的催化劑44。重整單元42通過管道與燃料供應(yīng)單元50的燃料箱51相連并可以連接到如圖2所示的電池堆的氫氣注入口13a。
根據(jù)本實(shí)施方式，構(gòu)成第二重整器40的熱源單元41和重整單元42可以形成在如圖4所示的容器中。當(dāng)然，本發(fā)明不限于這種情況，熱源單元41和重整器單元42可以用平板形部件代替，該平板形部件具有用于各反應(yīng)需要的燃料流動(dòng)的通道和形成在所述通道中的催化層，而且熱源單元和重整單元彼此緊密接觸。
下面將詳細(xì)描述驅(qū)動(dòng)本發(fā)明第一示例性實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的方法。
首先，起動(dòng)燃料泵53以將存儲(chǔ)在燃料箱51中的燃料提供給第一重整器20的陽(yáng)極室22；同時(shí)啟動(dòng)第一重整器20和第二重整器40。接著通過第一重整器20的電源27向陽(yáng)極25施加正電壓并向陰極26施加負(fù)電壓。這導(dǎo)致在陽(yáng)極25和陰極26上同時(shí)發(fā)生電解反應(yīng)。該反應(yīng)通過在陽(yáng)極室22中陽(yáng)極25的氧化反應(yīng)從燃料中產(chǎn)生氫離子(質(zhì)子)和電子。這時(shí)，通過陽(yáng)極室22的副產(chǎn)品排放口28排放如一氧化碳和二氧化碳之類的副產(chǎn)品。
接著，通過電解質(zhì)膜24將氫離子轉(zhuǎn)移到陰極26，而電子通過導(dǎo)線移動(dòng)到陰極26。然后，通過陰極電極26的還原反應(yīng)使氫離子和電子結(jié)合，3陰極室23生成用于電池堆10工作的足夠量的氫氣。通過陰極室23的氫氣排放口29將所獲得的氫氣排出。
通過燃料泵51向第二重整器40的熱源單元41供給燃料，并通過空氣泵71向熱源單元41提供空氣。然后，熱源單元41通過燃料和空氣中含有的氧氣之間的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，并將熱能提供給重整單元42。
同時(shí)，通過燃料泵51將燃料提供給重整單元42。然后，重整單元42利用來自熱源單元41的熱量通過燃料的重整催化反應(yīng)產(chǎn)生足以使電池堆10工作的氫氣量。
即使在啟動(dòng)第一重整器20的同時(shí)啟動(dòng)第二重整器40，第二重整器40在第一重整器之后產(chǎn)生氫氣。這是因?yàn)榈谝恢卣?0利用電能產(chǎn)生氫氣，因此啟動(dòng)時(shí)間短。反之，第二重整器40通過在燃料和氧氣之間氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量，然后利用熱能通過重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，因此其啟動(dòng)時(shí)間比第一重整器20長(zhǎng)。
若第二重整器40產(chǎn)生足夠量的氫氣，則中斷向第一重整器20供應(yīng)燃料和電源。于是，第一重整器20停止工作。
將從重整單元42產(chǎn)生的氫氣輸送到電池堆10的氫氣注入口13a，同時(shí)通過空氣泵71將空氣輸送到空氣注入口13b。然后，通過隔離膜16將氫氣和空氣提供給MEA 12。因此，電池堆10的發(fā)電單元11通過氫氣和空氣中含有的氧氣之間的化學(xué)反應(yīng)發(fā)電。
根據(jù)第一實(shí)施方式，啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)100時(shí)，使用電能的第一重整器20可完全不依賴于利用熱能的第二重整器40而產(chǎn)生氫氣。因此，能更快速地啟動(dòng)燃料電池系統(tǒng)。而且，由于第一和第二重整器20和40同時(shí)產(chǎn)生使電池堆10工作的足夠量的氫氣，所以可以分配集中在第二重整器40上的負(fù)載。
圖5的方框圖示意性地示了本發(fā)明第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
參考圖5，除可將第二重整器40A構(gòu)成為通過由第一重整器20的副產(chǎn)品排放口28排放的副產(chǎn)品的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能之外，第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)200具有與第一實(shí)施方式相同的基本結(jié)構(gòu)。
為此，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)200包括將第一重整器20的副產(chǎn)品排放口28和第二重整器40A的熱源單元41A彼此連接的第一連接單元60。第一連接單元60具有一端與副產(chǎn)品排放口28相連、另一端與熱源單元41A相連的第一管道61。
據(jù)此，當(dāng)將由第一重整器20的副產(chǎn)品排放口28排出的副產(chǎn)品通過第一管道61提供給第二重整器40A的熱源單元41A、并通過空氣泵71將空氣提供給熱源單元41A時(shí)，通過所述副產(chǎn)品和空氣之間的氧化反應(yīng)，熱源單元41A產(chǎn)生熱量。
由于第二實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)200的其它結(jié)構(gòu)和工作元件與第一實(shí)施方式相同，在此不再贅述。
圖6的方框圖示意地示出本發(fā)明第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)。
參考圖6，除第二重整器40B通過由電池堆10的未反應(yīng)氫氣排放口13c排出的未反應(yīng)的氫氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱量之外，第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)300具有同第一實(shí)施方式相同的基本結(jié)構(gòu)。
為此，第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)300包括用于連接電池堆10的未反應(yīng)的氫氣排放口13c和第二重整器40B的熱源單元41B的第二連接單元80。第二連接單元80具有一端與未反應(yīng)氫氣排放口13c相連、另一端與熱源單元41B相連的第二管道81。
當(dāng)將從電池堆10的未反應(yīng)氫氣排放口13c排出的未反應(yīng)的氫氣通過第二管道81提供給第二重整器40B的熱源單元41B、且通過空氣泵71將空氣提供給熱源單元41B時(shí)，通過在未反應(yīng)的氫氣和氧氣之間的氧化反應(yīng)熱源單元41B產(chǎn)生熱量。
另外，由于第三實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)300的結(jié)構(gòu)和工作情況與第一實(shí)施方式相同，在此不再贅述。
圖7的方框圖示意地示出本發(fā)明的第四實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
參考圖7，除將第二重整器40C構(gòu)造成通過由第一重整器20的副產(chǎn)品排放口28排出的副產(chǎn)品和從電池堆10的未反應(yīng)的氫氣排放口13c中排出的未反應(yīng)的氫氣之間的氧化反應(yīng)來產(chǎn)生熱量之外，第四實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)400具有和所述實(shí)施方式相同的基本結(jié)構(gòu)。
為此，第四實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)400包括連接第一重整器20的副產(chǎn)品排放口28和第二重整器40C的熱源單元41C的第一連接單元60。它還包括連接電池堆10的未反應(yīng)氫氣排放口13c和第二重整器40C的熱源單元41C的第二連接單元80。第四實(shí)施方式的第一連接單元60和第二連接單元80分別具有與第二實(shí)施方式和第三實(shí)施方式的第一和第二連接單元相同的結(jié)構(gòu)，在此不再贅述。
通過第一連接單元60將從第一重整器20的副產(chǎn)品排放口28排出的副產(chǎn)品提供給第二重整器40C的熱源單元41C。通過第二連接單元80將從電池堆10的未反應(yīng)氫氣排放口13c排出的未反應(yīng)的氫氣提供給第二重整器40C的熱源單元41C。然后，通過副產(chǎn)品和未反應(yīng)的氫氣與通過空氣泵71提供給熱源單元41B中的空氣中所含的氧氣之間的氧化反應(yīng)，熱源單元41C產(chǎn)生熱量。
本發(fā)明提供了一種利用電能和熱能從燃料中產(chǎn)生氫氣的綜合燃料處理裝置。于是，可縮短燃料電池系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間，并可利用這種熱量分配集中在重整器上的負(fù)載。因此，能進(jìn)一步提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的性能。
此外，由于從第一重整器排出的副產(chǎn)品和從電池堆排出的未反應(yīng)的氫氣能夠作為第二重整器的熱源被再利用，所以可減少燃料消耗量并提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的熱效率。
顯然，在不超出本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對(duì)本發(fā)明作出各種改型和變換。因此，本發(fā)明應(yīng)涵蓋在所附權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)作出的各種改型和變換。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料電池系統(tǒng)的燃料處理裝置，包括利用電能通過含氫燃料的電解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第一重整器；利用熱能通過含氫燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第二重整器，其中，所述燃料處理裝置與通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)發(fā)電的電池堆相連；所述燃料處理裝置向所述電池堆提供氫氣。
2.如權(quán)利要求1所述的燃料處理裝置，其中，所述第一重整器包括排出氫氣的第一排放口；排出連同氫氣一起產(chǎn)生的副產(chǎn)品的第二排放口。
3.如權(quán)利要求1所述的燃料處理裝置，其中，所述第二重整器包括產(chǎn)生熱能的熱源單元；通過利用來自所述熱源單元的熱能的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的重整單元。
4.如權(quán)利要求2所述的燃料處理裝置，其中，所述第二重整器包括產(chǎn)生熱能的熱源單元；利用來自所述熱源單元的熱能通過重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的重整單元；所述熱源單元與所述第二排放口連接并通過由所述第二排放口排出的所述副產(chǎn)品的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
5.如權(quán)利要求3所述的燃料處理裝置，其中，所述熱源單元與所述電池堆相連，并通過從所述電池堆排出的未反應(yīng)的氫氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
6.如權(quán)利要求4所述的燃料處理裝置，其中，所述熱源單元與所述電池堆相連，并通過從所述電池堆排出的未反應(yīng)的氫氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
7.如權(quán)利要求3所述的燃料處理裝置，其中，所述熱源單元與存儲(chǔ)燃料的燃料箱連接，并通過從該燃料箱提供的燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
8.一種燃料電池系統(tǒng)，包括電池堆，其通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)產(chǎn)生電能；燃料處理裝置，其與所述電池堆相連，以從燃料中產(chǎn)生氫氣并將氫氣提供給所述電池堆；燃料供應(yīng)單元，其向所述燃料處理裝置提供燃料；空氣供應(yīng)單元，其向所述電池堆和所述燃料處理裝置提供空氣，其中，所述燃料處理裝置包括第一重整器和第二重整器，第一重整器利用電能通過燃料的電解反應(yīng)產(chǎn)生連同氫氣一起的副產(chǎn)品，第二重整器利用熱能通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣。
9.如權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一重整器包括用于排出氫氣的第一排放口和用于排出所述副產(chǎn)品的第二排放口。
10.如權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二重整器包括產(chǎn)生熱能的熱源單元和利用來自該熱源單元的熱能通過重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的重整單元。
11.如權(quán)利要求9所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二重整器包括產(chǎn)生熱能的熱源單元；利用來自所述熱源單元的熱能通過重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的重整單元；所述第二排放口通過第一連接單元和所述熱源單元彼此連接。
12.如權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱源單元通過由所述第一連接單元提供的所述副產(chǎn)品的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
13.如權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述電池堆包括至少一個(gè)產(chǎn)生電能的發(fā)電單元和排出未反應(yīng)的氫氣的未反應(yīng)氫氣排放口；所述未反應(yīng)氫氣排放口通過第二連接單元與所述熱源單元彼此連接。
14.如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱源單元通過由所述第二連接單元提供的所述未反應(yīng)的氫氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
15.如權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述電池堆包括至少一個(gè)產(chǎn)生電能的發(fā)電單元和排出未反應(yīng)的氫氣的未反應(yīng)氫氣排放口；所述未反應(yīng)氫氣排放口通過第二連接單元與所述熱源單元彼此連接。
16.如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱源單元通過由所述第二連接單元提供的所述未反應(yīng)氫氣的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
17.如權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱源單元通過來自所述燃料供應(yīng)單元的燃料的氧化反應(yīng)產(chǎn)生熱能。
18.一種驅(qū)動(dòng)包括通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)產(chǎn)生電能的電池堆的燃料電池系統(tǒng)的方法，該方法包括向第一重整器和第二重整器提供燃料以啟動(dòng)所述燃料電池系統(tǒng)；使所述第一重整器產(chǎn)生氫氣并將所產(chǎn)生的氫氣提供給所述電池堆；使所述第二重整器產(chǎn)生氫氣并將所產(chǎn)生的氫氣提供給所述電池堆。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，使所述第二重整器產(chǎn)生并提供足夠量的氫氣之后，停止驅(qū)動(dòng)所述第一重整器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電池堆、燃料處理裝置、燃料供應(yīng)單元和空氣供應(yīng)單元。電池堆通過氫氣和氧氣之間的反應(yīng)發(fā)電，燃料處理裝置與電池堆相連，以從燃料中產(chǎn)生氫氣并將所獲得的氫氣提供給電池堆，燃料供應(yīng)單元將燃料提供給燃料處理裝置，空氣供應(yīng)單元將空氣分別提供給電池堆和燃料處理裝置。燃料處理裝置包括通過利用電能的燃料電解反應(yīng)產(chǎn)生與氫氣一道的副產(chǎn)品的第一重整器和利用熱能通過燃料的重整反應(yīng)產(chǎn)生氫氣的第二重整器。本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)由于將從第一重整器排出的副產(chǎn)品和從電池堆排出的未反應(yīng)的氫氣作為第二重整器的熱源被再利用，所以可減少燃料消耗量并可提高整個(gè)燃料電池系統(tǒng)的熱效率。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1691393SQ20051007411
公開日2005年11月2日 申請(qǐng)日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月21日
發(fā)明者金周龍, 金亨俊, 權(quán)鎬真 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社