專利名稱：燃料電池用燃料供應(yīng)裝置及使用該裝置的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池用燃料供應(yīng)裝置及使用該裝置的燃料電池系 統(tǒng)，其防止用在蒸汽重整中的H20到達并聚集在燃料電池堆中。
背景技術(shù)：
總體上，燃料電池是通過燃料和氧化劑的電化學反應(yīng)將化學能直接轉(zhuǎn)化 成電能的系統(tǒng)。與現(xiàn)有的渦輪發(fā)電機相比，由于燃料電池不需要驅(qū)動裝置， 具有高發(fā)電效率，并且不產(chǎn)生諸如空氣污染、振動、噪聲等環(huán)境問題，因此 其作為下一代發(fā)電技術(shù)而備受矚目。根據(jù)電解液的種類，燃料電池可被分為 磷酸燃料電池、堿燃料電池、聚合電解液膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、 固態(tài)氧化物燃料電池。各種燃料電池基本上按相同的原理工作，但具有不同 種類的燃料、工作溫度、催化劑、電解液等。這些燃料電池被研究和開發(fā)用 于各種用途，例如工業(yè)使用、家庭使用、休閑使用等。特別是， 一些燃料電 池被研究和開發(fā)為運輸工具用電源，以用于車輛和輪船等。
其中，使用固態(tài)聚合膜作為電解液的聚合電解液膜燃料電池(PEMFC) 與磷酸鹽燃料電池相比具有高輸出特性、低工作溫度和快速啟動和響應(yīng)特性 的優(yōu)點，并能被廣泛應(yīng)用為適于便攜式電子設(shè)備、諸如汽車或游艇等運輸產(chǎn) 品的便攜式電源，以及用于房屋和公共建筑物等中的諸如固定發(fā)電站等分布 式電源。
聚合電解液膜燃料電池可主要分為兩種部件，也就是，1)堆，和2) 系統(tǒng)和操作部分。所述堆通過燃料和氧化劑的電化學反應(yīng)直接發(fā)電，并包括 陽極催化劑、陰極催化劑和插在這些電極催化劑之間的電解液的膜電極組 件。此外，所述堆可通過堆疊多個膜電極組件而制造。在堆疊型堆的情況中，分隔器被設(shè)置在膜電極組件之間。系統(tǒng)和操作部分包括燃料供給器、氧化劑 供給器、熱交換器、整流器、控制器等，以控制堆的操作。
上述聚合電解液膜燃料電池可使用重整產(chǎn)物替代氫燃料。重整產(chǎn)物由固 有地使用燃料和水的重整反應(yīng)產(chǎn)生，以使其包括相當大量的蒸汽。常見的重
整形式為蒸汽重整。蒸汽重整根據(jù)下述重整反應(yīng)化學式A和B發(fā)生 [反應(yīng)A]
C3H8 + 6H20 — 3C02 + 10H2 [反應(yīng)B]
CO + H20 — C02 + H2
需要H2來使燃料電池工作。然而，H2不總是大量可用。上述重整反應(yīng)
A和B使H2能夠由QH8產(chǎn)生。然而，當上述重整反應(yīng)A和B發(fā)生在燃料 電池附近時，存在蒸汽H20進入燃料電池并損害燃料電池的趨勢。
在以上反應(yīng)中，原材料或反應(yīng)物為丙烷(C3H8),且重整產(chǎn)物(或以上 重整反應(yīng)的產(chǎn)物)本質(zhì)上包括氫氣(H2)，但還有混在其中的蒸汽。因此， 在將重整產(chǎn)物供應(yīng)到所述堆的陽極的過程中，可省略供應(yīng)蒸汽的分立加濕 器。使用熱交換器和氣液分離器分離 一些水分的過程是需要的以獲得適當?shù)?濕度。在該過程中，來自氣液分離器的重整產(chǎn)物仍具有預定溫度，并包括與 該溫度相對應(yīng)的水分。
然而，氣液分離器與所述堆之間的管路接頭自身具有熱交換特性。因此， 穿過管路的重整產(chǎn)物被冷卻，并且包括在重整產(chǎn)物中的蒸汽被冷凝。當冷凝 水到達所述堆內(nèi)部時，水聚集在所述堆的下側(cè)。這造成進水、阻斷所述堆內(nèi) 的燃料通路，并在所述堆的一些電池中產(chǎn)生反向電壓。如果該現(xiàn)象重復，則 堆性能會突然下降。因此，需要防止水到達并聚集在燃料電池內(nèi)的燃料電池 和/或用于該燃料電池的燃料供應(yīng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種燃料電池用燃料供應(yīng)裝置，該裝置防止用于重整中的H20到達并聚集在燃料電池堆中。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供一種包括所述燃料供應(yīng)裝置的燃料電池系 統(tǒng)，該系統(tǒng)具有提高的穩(wěn)定性和可靠性。
為了實現(xiàn)所述目的，提供一種燃料電池用燃料供應(yīng)裝置，該裝置包括 適于通過重整反應(yīng)產(chǎn)生重整產(chǎn)物的燃料重整器；連接到所述燃料重整器的出 口的氣液分離器，該氣液分離器適于接收所述重整產(chǎn)物并控制包含在所述重 整產(chǎn)物內(nèi)的水分含量；連接到所述氣液分離器的出口的管路，該管路適于使 所述重整產(chǎn)物穿過；以及與所述管路相連的冷凝水去除裝置，該冷凝水去除 裝置適于防止所述管路內(nèi)的所述重整產(chǎn)物內(nèi)的冷凝水傳送到所述燃料電池。
所述冷凝水去除裝置能包括串聯(lián)連接到所述管路一端的緩沖罐，該緩沖 罐能包括內(nèi)部空間、設(shè)置在所述內(nèi)部空間的上側(cè)并連接到所述管路的入口 、 以及適于排出所述重整產(chǎn)物的出口。所述緩沖罐能進一步包括設(shè)置在所述內(nèi) 部空間的下側(cè)的泄放孔以及連接到所述泄放孔的泄放閥。所述燃料供應(yīng)裝置 還能包括適于檢測所述緩沖罐內(nèi)聚集的流體液位的液位傳感器以及適于基 于由所述液位傳感器檢測到的液位控制所述泄放閥的控制器。所述冷凝水去 除裝置能包括圍繞所述管路的絕熱件。
所述管路能包括入口、傾斜通路以及出口，所述管路的所述入口和所述 出口分別朝向下側(cè)和上側(cè)打開，且所述傾斜通3各具有從所述出口至所述入口 的向下斜坡。所述絕熱件能包括不可燃材料。所述燃料供應(yīng)裝置還能包括適 于改變由所述燃料重整器產(chǎn)生的重整產(chǎn)物的溫度的熱交換器。所述燃料供應(yīng) 裝置還能包括設(shè)置在所述管路與所述絕熱件之間的溫度傳感器以及適于基 于由所述溫度傳感器檢測到的溫度控制所述熱交換器的操作的控制器。所述 燃料重整器可以是蒸汽重整器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括燃料電 池堆；適于產(chǎn)生供應(yīng)至所述燃料電池堆的重整產(chǎn)物的燃料重整器；設(shè)置在所 述燃料重整器與所述燃料電池堆之間的氣液分離器，該氣液分離器適于控制 包含在所述重整產(chǎn)物內(nèi)的水分含量；適于將所述氣液分離器連接到所述燃料電池堆的陽極出口的管路，該管路適于允許所述重整產(chǎn)物在其內(nèi)穿過；以及 連接到所述管路的冷凝水去除裝置，該冷凝水去除裝置適于中斷所述冷凝水 流入到所述燃料電池堆中。
所述冷凝水去除裝置能包括串聯(lián)連接到所述管路一端的緩沖罐，該緩沖 罐能包括內(nèi)部空間、設(shè)置在所述內(nèi)部空間的所述上側(cè)并連接到所述管路的入 口、以及適于排出所述重整產(chǎn)物的出口。所述緩沖罐能進一步包括設(shè)置在所 述內(nèi)部空間的下側(cè)的泄放孔以及連接到所述泄放孔的泄放閥。所述燃料電池 系統(tǒng)還能包括適于檢測所述緩沖罐內(nèi)聚集的流體液位的液位傳感器以及適 于基于由所述液位傳感器檢測到的檢測液位控制所述泄放閥的控制器。所述 冷凝水去除裝置能包括圍繞所述管路的絕熱件。
所述管^各能包括入口、傾斜通^各以及出口，所述管^各的所述入口和所述 出口分別朝向下側(cè)和上側(cè)打開，且所述傾斜通路具有從所述出口至所述入口 的向下斜坡。所述燃料電池系統(tǒng)還能包括適于改變由所述燃料重整器產(chǎn)生的 重整產(chǎn)物的溫度的熱交換器。所述燃料電池系統(tǒng)還能包括設(shè)置在所述管路與 所述絕熱件之間的溫度傳感器以及適于基于由所述溫度傳感器檢測到的溫 度控制所述熱交換器的操作的控制器。所述燃料重整器可以是蒸汽重整器。


通過參考以下結(jié)合附圖的詳細描述，本發(fā)明更全面的理解及其更多的附 帶優(yōu)點將變得明顯，同時變得更好理解，附圖中相同的附圖標記表示相同或 相似的部件，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的具有燃料電池用燃料供應(yīng)裝置的燃料
電池系統(tǒng)的框圖2 A是顯示比較示例的燃料電池系統(tǒng)的輸出變化的圖表；
圖2B是顯示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的輸出變化的圖表；
圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的使用燃料電池用燃料供應(yīng)裝置的燃料
電池系統(tǒng)的框圖；圖4是圖3的燃料電池系統(tǒng)的主要部件的截面圖5A是顯示比較示例的燃料電池系統(tǒng)的每個電池的性能的圖表；以及
圖5B是顯示根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的每個電池的性能的圖表。
具體實施例方式
在下文中，本發(fā)明的優(yōu)選實施例將參照附圖以更詳細的方式進行描述。
結(jié)構(gòu)的詳細描述將省略，以防止非必要的細節(jié)使本發(fā)明的主題晦澀難懂。然 而，為了清楚說明本發(fā)明，與描述無關(guān)的部件在附圖中被省略，所有附圖中 相同的元件以相同的標記表示，并且每個部件的厚度和尺寸為了說明方便或 清楚而被夸大。說明書中的術(shù)語"上"和"下"基于近似重力方向。在說明 書中，兩個部件的連^妻可為直接連接以及通過其它部件的連接。此外，在說 明書中使用被稱為"燃料電池堆"的術(shù)語，但這僅為了使用方便。所述"燃 料電池堆"可包括堆疊型堆或扁平型堆。
現(xiàn)在參見圖1,圖1為根據(jù)本發(fā)明第一實施例的使用燃料電池用燃料供 應(yīng)裝置的燃料電池系統(tǒng)的框圖。如圖l所示，該燃料電池系統(tǒng)包括燃料供應(yīng) 裝置IO和燃料電池堆100，燃料電池堆100通過從燃料供應(yīng)裝置IO供應(yīng)的 氧化劑和重整產(chǎn)物的電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能。重整產(chǎn)物通過陽極的入口 112被 供應(yīng)至燃料電池堆100,氧化劑通過陰極的入口 114 ^皮供應(yīng)至燃料電池堆 100。在電化學反應(yīng)中使用后剩余的重整產(chǎn)物、氧化劑，以及電化學反應(yīng)的 副產(chǎn)物通過陽極的出口 116和陰極的出口 118^皮排出。天然氣、曱醇或乙醇 可用作產(chǎn)生重整產(chǎn)物(產(chǎn)物)的原材料(反應(yīng)物)。
燃料電池堆100基本上包括陽極催化劑、陰極催化劑和插在這些電極催 化劑之間的電解液的膜電極組件。此外，燃料電池堆100可通過堆疊多個膜 電極組件而制造。在堆疊型堆中，分隔器被設(shè)置在膜電極組件之間。
同時，為了方1"更，在圖1中，陽極的入口 112和陰極的入口 114#皮設(shè)置 在燃并牛電池堆100的下側(cè)，而陽4及的出口 116和陰纟及的出口 118^皮i殳置在燃料電池堆100的上側(cè)。然而，在本實施例中，々支i殳燃料電池堆100為近似六 面體形狀，則陽極的入口 112、陰才及的入口 114、陽才及的出口 U6和陰才及的 出口 118可均被設(shè)置在燃料電池堆100下側(cè)的連接到緩沖罐60的一個表面 上。
上述燃料電池系統(tǒng)的電化學反應(yīng)由以下反應(yīng)式1至3表示 [反應(yīng)式1]
陽極H2(g)—2H++2e-[反應(yīng)式2]
陰極％ 02(g)+2 H+十2e陽—H20(1) [反應(yīng)式3]
總體H2(g) 02(g) —H20(1) +電能+熱
同時，重整產(chǎn)物被供應(yīng)至燃料電池堆100，并通過使用燃料和水作為反 應(yīng)物的蒸汽重整過程而產(chǎn)生。此時，包括蒸汽的重整產(chǎn)物的溫度可在輸送管 中被降低。于是，包括在重整產(chǎn)物中的一些蒸汽被冷凝。冷凝水可與重整產(chǎn) 物一起,皮供應(yīng)至燃:扦電池堆100。在上述情況下，流入燃津+電池堆100中的 冷凝水會在設(shè)置在所述堆下側(cè)的一些電池中產(chǎn)生電壓下降和反向電壓現(xiàn)象。 因此，本實施例的燃料電池系統(tǒng)使用燃料電池用燃料供應(yīng)裝置10，該裝置 IO包括冷凝水去除裝置，以防止輸送管中的冷凝水到達燃料電池堆100。本 發(fā)明中的冷凝水去除裝置包括緩沖罐60。
以下將詳細描述本實施例的燃料電池用燃料供應(yīng)裝置10。燃料電池用 燃料供應(yīng)裝置10包括產(chǎn)生供應(yīng)至燃料電池堆100的重整產(chǎn)物的燃料重整 器20;從離開燃料重整器20的重整產(chǎn)物吸收熱的熱交換器30;控制穿過熱 交換器30的重整產(chǎn)物的水分含量的氣液分離器40;將氣液分離器40連接 到燃料電池堆100的管路50;以及存儲穿過管路50時因重整產(chǎn)物溫度變化 而產(chǎn)生的冷凝水的緩沖罐60。
燃料重整器20是用于將最佳燃料(即，富氫氣體)供應(yīng)至燃料電池堆 100的裝置。燃料重整器20通過重整諸如丙烷、丁烷、天然氣、甲醇、乙醇等原材料來產(chǎn)生富氫重整產(chǎn)物。燃料重整器20可使用用于諸如蒸汽重整、 局部氧化重整、自熱重整或上述重整組合等重整反應(yīng)的催化劑過程。此外，
燃料重整器20可使用用于去除重整產(chǎn)物原材料中的諸如一氧化碳、硫等雜 質(zhì)的催化劑過程。上述催化劑過程包括用于水氣體轉(zhuǎn)換(WGS )的催化劑過 程和用于優(yōu)先氧化的催化劑過程。
熱交換器30是轉(zhuǎn)變在燃料電池系統(tǒng)的工作過程中產(chǎn)生的熱的裝置。熱 交換器30可用于控制燃料電池系統(tǒng)。具體而言，本實施例的熱交換器30將 來自燃料重整器20的出口 22的重整產(chǎn)物的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)轭A置溫度，并將熱交 換后的重整產(chǎn)物供應(yīng)至氣液分離器40。
熱交換后的重整產(chǎn)物通過入口 42被供應(yīng)至氣液分離器40。重整產(chǎn)物包 括由一定量的飽和蒸汽根據(jù)當前溫度產(chǎn)生的水分，并通過出口 44流出氣液 分離器40。氣液分離器40包括具有預定尺寸內(nèi)部空間的腔室，以及以預定 液位填充在該腔室中的水。
穿過氣液分離器40的出口 44的重整產(chǎn)物通過管路50和緩沖罐60被供 應(yīng)至燃料電池堆100的陽極入口 112。此時，穿過管路50的重整產(chǎn)物因管 路50相對較冷的溫度而被冷卻，從而導致蒸汽冷凝成水。
緩沖罐60包括具有預定尺寸的內(nèi)部空間61，并被串聯(lián)連接到管路50 的一端。換句話說，緩沖罐60包括具有預定尺寸的內(nèi)部空間61，并包括設(shè) 置在該內(nèi)部空間的上側(cè)且連接到管路50的入口 62a,以及將重整產(chǎn)物從內(nèi)部 空間61排出的出口 62b。緩沖罐60的出口 62b與設(shè)置在堆100下側(cè)的陽極 的入口 112鄰接以直接連接到入口 112，或者通過短的耳關(guān)接管路相鄰地連接 到入口 112。
此外，緩沖罐60包括設(shè)置在所述內(nèi)部空間的下側(cè)處的泄放孔62c和能
夠控制泄》丈孔62c的孔尺寸的泄》t閥64。液位傳感器66可安裝在緩沖罐60
的內(nèi)部。液位傳感器66被設(shè)置在緩沖罐60的下側(cè)，并檢測存儲在緩沖罐
60的內(nèi)部空間61中的水位。
控制器70通過輸入端口接收液位傳感器66中纟企測的液位信號，并根據(jù)接收的液位信號來檢測存儲在緩沖罐60中的水位?？刂破?0的輸入端口可 包括模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器?？刂破?0可通過使用微處理器或觸發(fā)器的邏輯電路 來實現(xiàn)。此外，控制器70控制泄放閥64,以在檢測到的水位高于預置基準 液位時將緩沖罐60中存儲的水排出到外部。
現(xiàn)在參見圖2A和2B，圖2A是顯示根據(jù)比較示例的燃料電池系統(tǒng)的輸 出功率隨時間變化的圖表，圖2B是顯示本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的輸出功率 隨時間變化的圖表。如圖2A所示，比較示例的燃料電池系統(tǒng)在堆的性能上 趨于隨時間逐漸降低。燃料電池堆的功率最初為約332W,并經(jīng)過四個小時 后明顯降低。在經(jīng)過七個小時之后，燃料電池堆的功率降低到約310W。盡 管系統(tǒng)的功率最初為約233W,但是其經(jīng)過七個小時根據(jù)堆性能的降低而降 低到約180W。這種性能隨時間降低的原因在于蒸汽重整中的冷凝水流入并 聚集在燃料電池堆內(nèi)。
因此，在本發(fā)明中，冷凝水去除裝置被串聯(lián)安裝到與陽極的入口相連的 現(xiàn)有管路，以防止冷凝水流入燃料電池堆內(nèi)。另外，本發(fā)明還提供一種裝置， 該裝置在安裝有冷凝水去除裝置的燃料電池系統(tǒng)工作時測量燃料電池堆的 輸出功率。該裝置可包括諸如電壓檢測器、電流檢測器和功率檢測器等傳感 器。如圖2B所示，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)趨于保持堆隨時間的性能。具體 而言，在冷凝水去除裝置被開啟之前，堆性能開始逐漸衰減。然而，當冷凝 水去除裝置開始工作時，堆性能的損失被立即恢復，于是堆性能被穩(wěn)定地保 持在該水平。
本實施例可有效地從燃料電池堆內(nèi)去除冷凝水。因此，本實施例可使燃 料電池系統(tǒng)長期穩(wěn)定地工作，同時保持燃料電池堆的恒定性能。此外，本實 施例可防止因燃料電池堆內(nèi)存在的水而造成對堆的損害，從而提高燃料電池 系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
現(xiàn)在參見圖3和圖4,圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的使用燃料電池用 燃料供應(yīng)裝置的燃料電池系統(tǒng)的框圖，圖4是圖3的燃料電池系統(tǒng)的主要部 件的局部截面圖。參見圖3，該燃料電池系統(tǒng)包括通過燃料和氧化劑的電化學反應(yīng)產(chǎn)生電能的燃料電池堆100和將作為燃料的重整產(chǎn)物供應(yīng)至燃料電 池堆100的燃料供應(yīng)裝置10a。
與第 一 實施例的燃料電池系統(tǒng)相比，第二實施例的燃料電池系統(tǒng)的主要 特征在于包括具有冷凝水去除裝置的燃料供應(yīng)裝置10a。
具體描述每個部件，燃料電池堆100包括陽極的入口 112、陰極的入口 114、陽極的出口 116和陰極的出口 118。為了方便，在圖3中，陽極的入 口 112和陰極的入口 114被設(shè)置在堆100下側(cè)的表面上，而陽極的出口 116 和陰極的出口 118被設(shè)置在堆上側(cè)的表面上。在這里，堆100下側(cè)的表面示 出為連接到管路50a的第一側(cè)面，而堆100上側(cè)的表面示出為與第一側(cè)面相 反的第二側(cè)面。
同時，燃料電池堆100中的陽極的入口 112、陰極的入口 114、陽極的 出口 116和陰極的出口 118可替代地都設(shè)置在堆100下側(cè)的表面上。在此情 況下，堆疊在燃料電池堆100內(nèi)的多個電池可依次被稱為第一電池至第n電 池。另一方面，燃*+電池堆100中的陽才及的入口 112、陰才及的入口 114、陽 極的出口 116和陰^l的出口 118當然可^皮分別i殳置在多于兩個的側(cè)面上。
燃料供應(yīng)裝置10a包括使用蒸汽來重整原材料(反應(yīng)物)以產(chǎn)生重整 產(chǎn)物的燃料重整器20;改變來自燃料重整器20的重整產(chǎn)物的溫度的熱交換 器30;控制穿過熱交換器30的重整產(chǎn)物的水分含量的氣液分離器40;將氣 液分離器40連接到燃料電池堆100的管路50a;以及圍繞管路50a的絕熱件 60a。
具體而言，被絕熱件60a圍繞的管路50a包括在該管路的入口與出口之 間的傾斜通路63 。管路50a的入口被連接到氣液分離器40的出口 44,而管 路50a的出口被連接到燃料電池堆100的陽極的入口 112。
如圖4所示，與正交于豎直方向Fg的水平方向相比，傾殺+通3各63#:稱 為具有從管路50a的入口至管路50a的出口的向上斜坡的部分。換句話說， 傾斜通路63包括管路50a的中間部分，該部分相對于與豎直方向Fg正交的 水平方向傾斜為預定角6。在燃料電池系統(tǒng)的工作過程中，當系統(tǒng)暫時停止或系統(tǒng)工作停止時，上述傾斜通路63適于使在管路50a中的冷凝水流回氣 液分離器40。
換句話說，本發(fā)明的冷凝水去除裝置圍繞將氣液分離器40連接到燃料 電池堆100的陽極的入口 112的管路50a。圍繞管路50a的絕熱件60a抑制 蒸汽穿過管路50a的冷凝。此外，盡管管路50a被絕熱件60a圍繞，但即使 重整產(chǎn)物流過管路50a時在管路50a內(nèi)產(chǎn)生冷凝水，冷凝水會朝向氣液分離 器40向回流動，因此可防止冷;疑水流入堆100。
此外，第二實施例的燃料電池系統(tǒng)包含i殳置在管^各50a與絕熱件60a之 間的溫度傳感器67，以及基于在該溫度傳感器67中檢測到的溫度信號DS 控制熱交換器30的操作的控制器70a。溫度傳感器67可包括熱敏電阻、電 阻溫度檢測器、熱電偶、半導體溫度傳感器等中的任意之一。
此外，本實施例可通過測量絕熱管3各50a的溫度預測供應(yīng)至當前燃料電 池堆100的重整產(chǎn)物的溫度。優(yōu)選的是，熱交換器可被控制為基于預測的重 整產(chǎn)物的溫度將處于最佳溫度的重整產(chǎn)物供應(yīng)至燃料電池堆100。
現(xiàn)在參見圖5A和5B，圖5A是顯示根據(jù)比較示例的燃料電池系統(tǒng)的每 個電池的性能的圖表，圖5B是顯示根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的每個電池 的性能的圖表。比較示例的燃料電池系統(tǒng)被設(shè)置為不具有與圖4的燃料電池 系統(tǒng)的冷凝水去除裝置類似的絕熱件。
如圖5A所示，在沒有使用冷凝水去除裝置的比較示例的燃料電池系統(tǒng) 中，盡管大部分電池顯示0.67V或0.68V的電壓，但第一電池、第二電池和 第三電池分別顯示0.25V、 0.26V和0.25V的電壓。在這里，第一至第三電 池表示與設(shè)置在30個電池的堆下側(cè)的陽極入口最相鄰地設(shè)置的電池。存在 這樣的危險，當工作時間連續(xù)時，這些第一至第三電池容易造成反向電壓。 第一至第三電池的電池電壓較低的主要原因在于，在管路中產(chǎn)生的冷凝水與 重整產(chǎn)物一起流入堆的陽才及入口 。
同時，如圖5B所示，在第二實施例的燃料電池系統(tǒng)中，所有電池的電 池電壓幾乎一致地為0.67V至0.69V。特別是，設(shè)置在燃料電池堆的下側(cè)的第一電池、第二電池和第三電池的電壓沒有降低。也就是說，這些第一至第 三電池中的反向電壓的產(chǎn)生已被防止。同時，采用第二實施例，在使用處于
50。C到60。C級別的低溫重整產(chǎn)物作為燃料的聚合電解液膜燃料電池中，可 以防止冷凝水通過陽極入口流入燃料電池堆。因此，可以使燃料電池系統(tǒng)長 期穩(wěn)定地工作，同時保持燃料電池堆的性能。此外，可以防止流到燃料電池 堆內(nèi)的冷凝水對堆產(chǎn)生不利影響，并改善燃料電池系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。 采用本發(fā)明，可以防止水流入燃津十電池堆。因此，可以防止燃料電池系統(tǒng)的 陽極進水，從而穩(wěn)定堆的工作并提高系統(tǒng)工作的可靠性。
盡管顯示和描述了本發(fā)明的 一些實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解， 在不背離由權(quán)利要求書及其等同替代所限定范圍的本發(fā)明的原則和精神的 情況下，可對該實施例進4亍改變。
權(quán)利要求
1、一種燃料電池用燃料供應(yīng)裝置，包括適于通過重整反應(yīng)產(chǎn)生重整產(chǎn)物的燃料重整器；連接到所述燃料重整器的出口的氣液分離器，該氣液分離器適于接收所述重整產(chǎn)物并控制包含在所述重整產(chǎn)物內(nèi)的水分含量；連接到所述氣液分離器的出口的管路，該管路適于使所述重整產(chǎn)物穿過；以及與所述管路相連的冷凝水去除裝置，該冷凝水去除裝置適于防止所述管路內(nèi)的所述重整產(chǎn)物內(nèi)的冷凝水傳送到所述燃料電池。
2、 如權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其中所述冷凝水去除裝置包括 串聯(lián)連接到所述管路的一端的緩沖罐，該緩沖罐包括內(nèi)部空間；設(shè)置在所述內(nèi)部空間的上側(cè)并連接到所述管^各的入口 ；以及 適于排出所述重整產(chǎn)物的出口 。
3、 如權(quán)利要求2所述的燃料供應(yīng)裝置，其中所述緩沖罐進一步包括 i殳置在所述內(nèi)部空間的下側(cè)的泄》文孔；以及連接到所述泄;改孔的泄放閥。
4、 如權(quán)利要求3所述的燃料供應(yīng)裝置，進一步包括適于檢測所述緩沖罐內(nèi)聚集的流體液位的液位傳感器；以及適于基于由所述液位傳感器檢測到的液位控制所述泄放閥的控制器。
5、 如權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其中所述冷凝水去除裝置包括 圍繞所述管路的絕熱件。
6、 如權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其中所述管路包括 入口 ；傾4牛通3各；以及出口，所述管路的所述入口和所述出口分別朝向下側(cè)和上側(cè)打開，且所述傾斜通路具有從所述出口至所述入口的向下斜坡。
7、 如權(quán)利要求5所述的燃料供應(yīng)裝置，其中所述絕熱件包括不可燃材料。
8、 如權(quán)利要求5所述的燃料供應(yīng)裝置，進一步包括適于改變由所述燃 料重整器產(chǎn)生的重整產(chǎn)物的溫度的熱交換器。
9、 如權(quán)利要求8所述的燃料供應(yīng)裝置，進一步包括 設(shè)置在所述管路與所述絕熱件之間的溫度傳感器；以及適于基于由所述溫度傳感器檢測到的溫度控制所述熱交換器的操作的 控制器。
10、 如權(quán)利要求1所述的燃料供應(yīng)裝置，其中所述燃料重整器包括蒸汽重整器。
11、 一種燃料電池系統(tǒng)，包括 燃料電池堆；適于產(chǎn)生供應(yīng)至所述燃料電池堆的重整產(chǎn)物的燃料重整器；設(shè)置在所述燃料重整器與所述燃料電池堆之間的氣液分離器，該氣液分 離器適于控制包含在所述重整產(chǎn)物內(nèi)的水分含量；適于將所述氣液分離器連接到所述燃料電池堆的陽極入口的管路，該管 路適于允許所述重整產(chǎn)物在該管路內(nèi)穿過；以及連接到所述管路的冷凝水去除裝置，該冷凝水去除裝置適于阻斷所述冷 凝水流入到所述燃料電池堆中。
12、 如權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述冷凝水去除裝置包 括串聯(lián)連接到所述管路的出口的緩沖罐，該緩沖罐包括預定尺寸的內(nèi)部空間、設(shè)置在該內(nèi)部空間的上側(cè)并連接到 所述管路的入口、以及排出所述重整產(chǎn)物的出口。
13、 如權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述緩沖罐進一步包括 設(shè)置在所述內(nèi)部空間的下側(cè)的泄放孔和連接到所述泄放孔的泄放閥。
14、 如權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包括檢測所述緩沖罐中聚集的流體液位的液位傳感器；以及 基于在所述液位傳感器中檢測到的液位控制所述泄放閥的控制器。
15、 如權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述冷凝水去除裝置包 括圍繞所述管路的絕熱件。
16、 如權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述管路包括 入口 ；傾4+通3各；以及出口，所述管5^的所述入口和所述出口分別朝向下側(cè)和上側(cè)打開，且所 述傾斜通路具有從所述出口至所述入口的向下斜坡。
17、 如權(quán)利要求15所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包括轉(zhuǎn)變來自所述燃料重整器的重整產(chǎn)物的溫度的熱交換器。
18、 如權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，進一步包括基于在所述溫度傳感器中檢測到的溫度控制所述熱交換器的操作的控制器。
19、 如權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述燃料重整器包括蒸 汽重整器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池用燃料供應(yīng)裝置及使用該裝置的燃料電池系統(tǒng)，其防止用于重整中的H₂O到達并聚集在所述燃料電池堆中。所述燃料電池用燃料供應(yīng)裝置包括適于通過重整反應(yīng)產(chǎn)生重整產(chǎn)物的燃料重整器；連接到所述燃料重整器的出口的氣液分離器，該氣液分離器適于接收所述重整產(chǎn)物并控制包含在所述重整產(chǎn)物內(nèi)的水分含量；連接到所述氣液分離器的出口的管路，該管路適于使所述重整產(chǎn)物穿過；以及與所述管路相連的冷凝水去除裝置，該冷凝水去除裝置適于防止所述管路內(nèi)的所述重整產(chǎn)物內(nèi)的冷凝水傳送到所述燃料電池。
文檔編號H01M8/02GK101562254SQ20091013367
公開日2009年10月21日 申請日期2009年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月15日
發(fā)明者吉田泰樹, 安鎮(zhèn)弘, 徐晙源, 朱利亞, 洪明子, 趙雄浩, 賢 金, 金東賢, 金周龍, 韓萬錫 申請人:三星Sdi株式會社