專利名稱：燃料電池系統(tǒng)和用于燃料電池系統(tǒng)的回收單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池系統(tǒng)和用于燃料電池系統(tǒng)的回收單元。
背景技術(shù)：
燃料電池是電化學(xué)地發(fā)電的裝置，其使用燃料(氫或重整氣體)和氧化劑(氧或 空氣)并通過電化學(xué)反應(yīng)直接將外部提供的燃料(氫或重整氣體)和氧化劑(氧或空氣) 轉(zhuǎn)化為電能。純氧或包含大量氧的空氣被用作燃料電池的氧化劑，且純氫或通過重整烴基燃料 (LNG、LPG、CH3OH等)而產(chǎn)生的包含大量氫的燃料被用作燃料。此后，為了更好的理解和描述的方便，將主要描述燃料電池中的直接甲醇燃料電 池(DMFC)。直接甲醇燃料電池向燃料電池堆體提供高濃度的甲醇，以通過與氧的反應(yīng)產(chǎn)生 電能。直接甲醇燃料電池使用高濃度燃料以提高能量重量密度(energy weightdensity) 0為了使用高濃度燃料，在陽極中消耗的水被陰極中產(chǎn)生的水補充。在已 知的燃料電池系統(tǒng)中，從陰極的出口排出的流體首先被熱交換器冷凝以回收在陰極產(chǎn)生的 水。此后，冷凝流體和從陽極排出的未反應(yīng)的燃料被氣液分離器分離為液體和氣體。被氣 液分離器分離的氣體被排出到外部，被氣液分離器分離的液體與燃料混合并被提供回燃料 電池堆體。在該已知的燃料電池系統(tǒng)中，冷凝流體和未反應(yīng)的燃料在氣液分離器中相互混 合。流入氣液分離器的未反應(yīng)的燃料具有與冷凝流體相比相對較高的溫度。結(jié)果，當(dāng)與未 反應(yīng)的燃料混合時，一些冷凝流體被蒸發(fā)。當(dāng)冷凝流體被蒸發(fā)時，水回收效率變差，且為了回收適當(dāng)數(shù)量的水，需要用于冷凝 從陰極排出的流體的設(shè)備的尺寸大。此外，當(dāng)外部環(huán)境的溫度高時，氣液分離器中的溫度進一步升高，使得水回收效率
進一步變差。在背景部分中公開的上述信息僅用于增進對本發(fā)明背景的理解，因此可能包含未 成為本國本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示范性實施例的一方面提供一種具有提高的水回收效率的燃料電池系 統(tǒng)。本發(fā)明的示范性實施例的另一方面提供一種具有減小的體積的燃料電池系統(tǒng)。本發(fā)明的示范性實施例提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆體，用于通過氧 化劑與混合燃料的反應(yīng)產(chǎn)生電能，并用于排出未反應(yīng)的燃料、氧化劑、水分和二氧化碳；混 合器，用于通過將至少一部分未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分與濃縮燃料混合來制備混合燃 料，并將混合燃料提供到燃料電池堆體；燃料提供單元，用于將濃縮燃料提供到混合器；氧化劑提供單元，用于將氧化劑提供到燃料電池堆體；第一熱交換器，在燃料電池堆體的出口與混合器之間；和第二熱交換器，在燃料電池堆體的入口與混合器之間。本發(fā)明的另一示范性實施例提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆體，用于將 氧化劑與混合燃料進行電化學(xué)反應(yīng)、用于輸出電能、以及用于排出在電化學(xué)反應(yīng)中未反應(yīng) 的燃料、氧化劑和水分；燃料提供單元，用于提供濃縮燃料；氧化劑提供單元，用于向燃料 電池堆體提供氧化劑；第一氣液分離器，用于容納排出的燃料、氧化劑、水分和二氧化碳，并 用于將排出的燃料、氧化劑和水分分離為第一氣體和第一液體；第一熱交換器，用于冷卻和 至少部分冷凝第一氣體；第二氣液分離器，用于將部分冷凝的第一氣體分離為第二氣體和 第二液體；混合器，用于通過混合從燃料提供單元提供的濃縮燃料、第一液體和第二液體而 制備混合燃料；和第二熱交換器，用于冷卻混合燃料。本發(fā)明的再一示范性實施例提供一種用于燃料電池系統(tǒng)的回收單元，包括第一 氣液分離器，具有入口、第一出口和第二出口，該第一氣液分離器的入口連接到燃料電池堆 體的一個或多個出口 ；第一熱交換器，具有入口和出口，該第一熱交換器的入口連接到第一 氣液分離器的第一出口 ；第二氣液分離器，具有入口、第一出口和第二出口，該第二氣液分 離器的入口連接到第一熱交換器的出口 ；混合器，具有出口和至少一個入口，該混合器的至 少一個入口連接到第一氣液分離器的第二出口、所述第二氣液分離器的第一出口和燃料提 供單元；和第二熱交換器，具有入口和出口，第二熱交換器的入口連接到混合器的出口，且 第二熱交換器的出口連接到燃料電池堆體的入口。如此，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例，通過冷卻第一氣液分離器所分離的氣體并從 冷卻的材料分離液體，提高了水回收效率。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；圖2是示出圖1所示的燃料電池堆體的結(jié)構(gòu)的分解透視圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明另一示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)的堆體操作評估的圖 表；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第一示范性實施例的堆體溫度和從堆體排出的未反應(yīng)燃 料溫度的圖表；附圖標(biāo)記說明100燃料電池系統(tǒng)10燃料提供單元12燃料箱20氧化劑提供單元25氧化劑泵26氧化劑控制閥30燃料電池堆體 31電極組件32，33分離器 35發(fā)電單元37，38 端板37a 第一入口37b 第二入口38 端板38a 第一出口38b 第二出口40回收單元41第一氣液分離器
42第一熱交換器 43第二氣液分離器45混合器47緩沖裝置47a過濾器48第二熱交換器
具體實施例方式下文中，將參考附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示范性實施 例。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識到的，所描述的實施例可以以不同的方式改進而不脫離本發(fā) 明的精神或范疇。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。參考上述圖，根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)100可以采用直接甲醇燃 料電池方案，其通過甲醇與氧的直接反應(yīng)產(chǎn)生電能。然而，本發(fā)明不限于此，例如，根據(jù)本示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)可以通過直接 氧化燃料電池方案構(gòu)建，在該方案中，將包含氫的液體或氣體燃料例如乙醇、LPG、LNG、汽 油、丁烷氣體或其他可使用的燃料與氧反應(yīng)。此外，該燃料電池系統(tǒng)可以構(gòu)建為聚合物電解 質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)，其通過將燃料重整為包含足夠氫的重整氣體來使用燃料。在燃料電池系統(tǒng)100中使用的燃料通常表示液態(tài)或氣態(tài)的烴基燃料，例如甲醇、 乙醇、天然氣、LPG或其他類似燃料。此外，燃料電池系統(tǒng)100可以使用存儲在額外的存儲構(gòu)件中的氧氣或空氣作為與 氫反應(yīng)的氧化劑。根據(jù)本示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)100包括燃料電池堆體30，通過使用燃料 和氧化劑發(fā)電；燃料提供單元10，將燃料提供到燃料電池堆體30 ；氧化劑提供單元20，將氧 化劑提供到燃料電池堆體30 ；和回收單元40，回收從燃料電池堆體30排出的未反應(yīng)的燃料 和水分并重新將該未反應(yīng)的燃料和水分提供到燃料電池堆體30。燃料提供單元10與燃料電池堆體30連接并包括存儲液化燃料的燃料箱12和連 接到燃料箱12的燃料泵14。燃料泵14用于通過抽吸力(例如，預(yù)定抽吸力)將存儲在燃 料箱12中的液化燃料排出。在示范性實施例中，存儲在燃料提供單元10中的燃料可以包 括含約100% MeOH的高濃度甲醇。氧化劑提供單元20與燃料電池堆體30連接并包括氧化劑泵25，氧化劑泵25通過 抽吸力(例如，預(yù)定抽吸力)將外部空氣提供到燃料電池堆體30。這里，控制氧化劑供應(yīng)的 氧化劑控制閥26安裝在燃料電池堆體30與氧化劑提供單元20之間。圖2是示出圖1所示的燃料電池堆體的結(jié)構(gòu)的分解透視圖。參考圖1和2，燃料電池堆體30包括多個發(fā)電單元35，該發(fā)電單元35通過引發(fā)燃 料和氧化劑之間的氧化和還原反應(yīng)而產(chǎn)生電能。每個發(fā)電單元35表示單元電池，該單元電池產(chǎn)生電并包括膜電極組件(MEA) 31和 隔板(也稱為雙極板)32和33，其中膜電極組件31氧化和還原燃料和氧化劑，隔板32和 33提供燃料和氧化劑到膜電極組件31。發(fā)電單元35具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中隔板32和33設(shè)置在膜電極組件31周圍的相 應(yīng)側(cè)。膜電極組件31包括設(shè)置在其中心的電解質(zhì)膜、設(shè)置在電解質(zhì)膜一側(cè)的陰極電極和設(shè) 置在電解質(zhì)膜另一側(cè)的陽極電極。
隔板32和33與插設(shè)在其間的膜電極組件31緊密接觸。隔板32和33位于膜電 極組件31的相應(yīng)側(cè)，且每個隔板32和33均具有燃料通道和空氣通道。這里，燃料通道設(shè) 置在膜電極組件31的陽極電極處，空氣通道設(shè)置在膜電極組件31的陰極電極處。此外，電 解質(zhì)膜使離子交換能夠進行，其中從陽極電極產(chǎn)生的氫離子移動到陰極電極并與來自陰極 電極的氧結(jié)合以產(chǎn)生水。因此，在陽極電極中，氫通過氧化反應(yīng)分解為電子 和質(zhì)子(氫離子)。此外，質(zhì)子通 過電解質(zhì)膜移動到陰極電極，且電子不移動通過電解質(zhì)膜，而是通過隔板33移動到相鄰的 膜電極組件31的陰極電極。這里，電子的流動產(chǎn)生電流。此外，在陰極電極中，通過移動的 質(zhì)子和電子與氧的還原反應(yīng)產(chǎn)生水分。在燃料電池系統(tǒng)100中，多個發(fā)電單元35連續(xù)設(shè)置(或彼此相鄰堆疊)，以構(gòu)成燃 料電池堆體30。這里，用于整體固定燃料電池堆體30的端板37和38安裝在燃料電池堆體 30的外部。用于向堆體提供氧化劑的第一入口 37a和用于向燃料電池堆體30提供燃料的第 二入口 37b形成在一個端板37中。此外，第一出口 38a和第二出口 38b形成在另一端板38 中，其中第一出口 38a用于排出未反應(yīng)的空氣，該未反應(yīng)的空氣包含由膜電極組件31的陰 極電極中的氫和氧的結(jié)合反應(yīng)所產(chǎn)生的水分，第二出口 38b用于排出在膜電極組件31的陽 極電極中的反應(yīng)之后未反應(yīng)的燃料和其他材料(例如，二氧化碳)。同時，回收單元40包括第一氣液分離器41、第一熱交換器42、第二氣液分離器43 和混合器45，其中第一氣液分離器41收集從排出出口 38a和38b排出的材料(例如，流體 等)并將它們分離為氣體和液體，第一熱交換器42冷卻從第一氣液分離器41排出的氣體， 第二氣液分離器43將從第一熱交換器42排出的流體分離為氣體和液體，混合器45混合來 自第二氣液分離器43的液體和來自第一氣液分離器41的液體。安裝在燃料電池堆體30的出口側(cè)的第一氣液分離器41可以包括離心泵或電動 泵，或者分離膜(例如，聚四氟乙烯(PTFE)膜)。第一氣液分離器41將從第二出口 38b排 出的未反應(yīng)的燃料與從第一出口 38a排出的包含水分的未反應(yīng)的空氣或氧化劑混合，以將 混合的未反應(yīng)的燃料和空氣分離為液體和氣體。從第一氣液分離器41排出的氣體移動到第一熱交換器42，液體移動到混合器45。 第一熱交換器42冷卻從第一氣液分離器41排出的氣體并將該氣體冷凝(condense)為液 體。從燃料電池堆體30排出的未反應(yīng)的燃料和水分具有相對高的溫度。因此，一些氣體冷 凝為液體以降低第一熱交換器42中氣體的溫度。第一熱交換器42中冷凝的液體和氣體被轉(zhuǎn)移到第二氣液分離器43。第二氣液分 離器43可以包括離心泵或電動泵或分離膜，與第一氣液分離器41相似。從第二氣液分離器43排出的液體被轉(zhuǎn)移到混合器45，并且氣體被排出到外部。從 第一氣液分離器41和第二氣液分離器43轉(zhuǎn)移的液體流入混合器45。該液體包括混合的未 反應(yīng)的燃料和水分。此外，從燃料提供單元10轉(zhuǎn)移的高濃度燃料流入混合器45，且該高濃 度燃料通過與混合器中的水分混合而被稀釋為適當(dāng)濃度的燃料?；旌系娜剂媳晦D(zhuǎn)移到第二熱交換器48。第二熱交換器48降低燃料的溫度并向燃 料電池堆體30提供燃料。當(dāng)液體被第一氣液分離器41分離而氣體被第一熱交換器42冷卻時，由于未反應(yīng)的燃料與未反應(yīng)的空氣之間的溫度差異導(dǎo)致的燃料的蒸發(fā)被最小化或減少。在相關(guān)技術(shù) 中，當(dāng)在未反應(yīng)的空氣被冷凝之后未反應(yīng)的空氣與未反應(yīng)的燃料被混合并在氣液分離器中 被分離時，具有相對低溫度的未反應(yīng)的空氣被加熱，使得冷凝液體被蒸發(fā)。當(dāng)冷凝液體被蒸 發(fā)時，未反應(yīng)的空氣的冷凝效應(yīng)降低且需要大體積的冷凝器來適應(yīng)該蒸發(fā)。然而，在本示范性實施例中，當(dāng)氣體和液體彼此分離之后只有氣體被冷卻時，與冷 卻液體和氣體二者的相關(guān)技術(shù)相比，熱交換器的尺寸可以顯著降低。此外，如上所述，由于 存在兩個熱交換器，與相關(guān)技術(shù)中使用的熱交換器相比，第一熱交換器42的尺寸可以降 低。此外，從第一熱交換器42排出的流體流入第二氣液分離器43，以分離氣 體和液 體，從而與相關(guān)技術(shù)相比提高了水回收效率。當(dāng)采用相同體積的熱交換器時，水回收效率提 高約30%。這是因為一些液體在第一氣液分離器41中首先被分離，然后從被冷卻的氣體產(chǎn) 生的流體在第二氣液分離器43中被分離為液體和氣體。此外，從混合器45排出的流體被第二熱交換器48冷卻。因此，可以適當(dāng)?shù)乜刂仆?過第二熱交換器48流入第二入口 37b的燃料的溫度。具體地，當(dāng)通過安裝例如兩個熱交換 器來分階段地降低溫度時，溫度可以進一步降低，而且與其中使用一個熱交換器的相關(guān)技 術(shù)相比，熱交換器的尺寸可以形成得較小。也就是說，根據(jù)本示范性實施例，兩個熱交換器 的總尺寸可以小于相關(guān)技術(shù)中的一個熱交換器的尺寸。圖3是根據(jù)本發(fā)明另一示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。參考圖3，根據(jù)本示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)200還包括安裝在混合器45與第 二熱交換器48之間的緩沖裝置47。除了緩沖裝置47之外，根據(jù)本示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)200與根據(jù)圖1的示 范性實施例的燃料電池系統(tǒng)具有基本相同的結(jié)構(gòu)。因此，將不再描述這些相同的結(jié)構(gòu)。緩沖裝置47用于臨時存儲燃料以向燃料電池堆體30提供一定量(例如，預(yù)定量) 的燃料。用于攔截或過濾雜質(zhì)防止其流入燃料電池堆體30的過濾器47a可以安裝在緩沖 裝置47中。過濾器47a可以包括過濾包含在液體中的雜質(zhì)的各種過濾裝置。下面將描述通過根據(jù)本示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)200的操作，在45°C的外部 環(huán)境下，在燃料電池系統(tǒng)200的各個部分中的流體的示范性溫度。從燃料電池堆體30排出的未反應(yīng)的燃料和未反應(yīng)的空氣具有68. 08°C的相對高 的溫度。從第一氣液分離器41排出的液體和氣體也具有68. 08°C的溫度。此后，通過第一 熱交換器42氣體被冷卻至50. 830C。被第一熱交換器42冷卻的流體通過第二氣液分離器43被分離為液體和氣體。在 此情形下，從第二氣液分離器43排出的流體的溫度也是50. 830C。從第二氣液分離器43排 出的液體流入混合器45。這里，從第二氣液分離器43排出的液體與通過第一氣液分離器 41分離的液體混合，使得混合流體的溫度升高至67. 880C。從混合器45排出并通過緩沖裝 置47的流體的溫度降低至65. 08°C，流經(jīng)第二熱交換器48的流體的溫度降低至58°C，使得 流體以約58°C提供到燃料電池堆體。如上所述，第一熱交換器42用于將來自第一氣液分離器41的一些氣體冷凝為液 體，第二熱交換器48用于降低流入燃料電池堆體30的燃料的溫度，從而控制流入燃料電池 堆體30的燃料的溫度。
這樣，當(dāng)控制流入燃料電池堆體30的燃料的溫度時，可以更容易地控制燃料電池 堆體30的內(nèi)部溫度和從燃料電池堆體30排出的流體的溫度。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的燃料電池系統(tǒng)的堆體操作的評估圖表。圖 5是示出根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的堆體溫度和從堆體排出的未反應(yīng)燃料的溫度的圖表。參考圖4和5，圖4和5示出在45°C的外部溫度下，根據(jù)本發(fā)明示范性實施例的燃 料電池系統(tǒng)的操作結(jié)果。測試中使用的燃料電池包括如下特征，例如，系統(tǒng)輸出25W(堆體 輸出36W)，系統(tǒng)電壓16. 4V，稀釋燃料流速25cc/分鐘以及重量1. 8kg。如圖4所示，根據(jù)示 范性實施例的燃料電池系統(tǒng)具有穩(wěn)定的輸出。此外，參考圖5，當(dāng)外部溫度是45°C時，堆體溫度被恒定地保持在約60°C或更低。 相反，當(dāng)在相關(guān)技術(shù)的燃料電池中采用相同體積的熱交換器時，堆體溫度約為65°C或更高。這樣，根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例，可以更容易地控制堆體的內(nèi)部溫度，且可以更 容易地實現(xiàn)更穩(wěn)定的輸出。雖然結(jié)合當(dāng)前被認(rèn)為是可行的示范性實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)該理解，本發(fā)明 不限于所公開的實施例，而是旨在覆蓋包括在所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種修改和 等同設(shè)置。
權(quán)利要求
一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆體，用于通過使氧化劑與混合燃料反應(yīng)來產(chǎn)生電能，并用于排出未反應(yīng)的燃料、氧化劑、水分和二氧化碳；混合器，用于通過將所述未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分的至少一部分與濃縮燃料混合來制備所述混合燃料，并將所述混合燃料提供到所述燃料電池堆體；燃料提供單元，用于將所述濃縮燃料提供到所述混合器；氧化劑提供單元，用于將所述氧化劑提供到所述燃料電池堆體；第一熱交換器，在所述燃料電池堆體的出口與所述混合器之間；和第二熱交換器，在所述燃料電池堆體的入口與所述混合器之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括第一氣液分離器，用于容納所述未反應(yīng)的燃料、氧化劑、水分和二氧化碳，將所述未反 應(yīng)的燃料、氧化劑和水分分離為第一氣體和第一液體，將所述第一氣體提供到所述第一熱 交換器并將所述第一液體提供到所述混合器；和第二氣液分離器，用于容納來自所述第一熱交換器的輸出物、將所述輸出物分離為第 二氣體和第二液體、并將所述第二液體提供到所述混合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述第一熱交換器被構(gòu)建為冷卻并部分 冷凝來自所述第一氣液分離器的所述第一氣體，且其中所述第二熱交換器被構(gòu)建為在將所 述混合燃料提供到所述燃料電池堆體之前冷卻所述混合燃料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述第一氣液分離器被構(gòu)建為容納所有 排出的所述未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述第一氣液分離器包括離心泵、電動 泵或分離膜之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述分離膜包括聚四氟乙烯膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述第二氣液分離器包括離心泵或電動泵之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，還包括位于所述混合器與第二熱交換器之間 的緩沖器，該緩沖器用于臨時存儲所述混合燃料以控制提供到所述第二熱交換器的所述混 合燃料的量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述緩沖器包括用于從所述混合燃料除 去雜質(zhì)的過濾器。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料電池堆體，用于使氧化劑與混合燃料進行電化學(xué)反應(yīng)、用于輸出電能、以及用于排 出在所述電化學(xué)反應(yīng)中未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分； 燃料提供單元，用于提供濃縮燃料；氧化劑提供單元，用于向所述燃料電池堆體提供所述氧化劑； 第一氣液分離器，用于容納所述排出的燃料、氧化劑、水分和二氧化碳，并用于將所述 排出的燃料、氧化劑和水分分離為第一氣體和第一液體； 第一熱交換器，用于冷卻和至少部分冷凝所述第一氣體； 第二氣液分離器，用于將所述部分冷凝的第一氣體分離為第二氣體和第二液體；混合器，用于通過混合從所述燃料提供單元提供的所述濃縮燃料、所述第一液體和所 述第二液體而制備所述混合燃料；和第二熱交換器，用于冷卻所述混合燃料。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述排出的燃料、氧化劑和水分包括 來自所述燃料電池堆體的膜電極組件的陰極電極側(cè)的未反應(yīng)的氧化劑和來自所述燃料電 池堆體的膜電極組件的陽極電極側(cè)的未反應(yīng)的燃料，且其中所有的所述未反應(yīng)的氧化劑和 所有的所述未反應(yīng)的燃料均提供到所述第一氣液分離器。
12. 一種用于燃料電池系統(tǒng)的回收單元，包括第一氣液分離器，具有入口、第一出口和第二出口，所述第一氣液分離器的所述入口連 接到燃料電池堆體的一個或多個出口；第一熱交換器，具有入口和出口，所述第一熱交換器的所述入口連接到所述第一氣液 分離器的所述第一出口；第二氣液分離器，具有入口、第一出口和第二出口，所述第二氣液分離器的所述入口連 接到所述第一熱交換器的所述出口 ；混合器，具有出口和至少一個入口，所述混合器的所述至少一個入口連接到所述第一 氣液分離器的所述第二出口、所述第二氣液分離器的所述第一出口和燃料提供單元；和第二熱交換器，具有入口和出口，所述第二熱交換器的所述入口連接到所述混合器的 所述出口，且所述第二熱交換器的所述出口連接到所述燃料電池堆體的入口。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的回收單元，其中所述第一氣液分離器用于容納來自所述燃料電池堆體的未反應(yīng)的燃料、氧化劑、水分 和二氧化碳，用于將所述未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分分離為第一氣體和第一液體，并且用 于將所述第一氣體提供到所述第一熱交換器并將所述第一液體提供到所述混合器；所述第一熱交換器用于容納來自所述第一氣液分離器的所述第一氣體，用于冷卻和部 分冷凝所述第一氣體，并用于將所述部分冷凝的第一氣體提供到所述第二氣液分離器；所述第二氣液分離器用于容納來自所述第一熱交換器的所述部分冷凝的第一氣體，用 于將所述部分冷凝的第一氣體分離為第二氣體和第二液體，并用于將所述第二液體提供到 所述混合器；所述混合器用于容納來自所述第一氣液分離器的所述第一液體、來自所述第二氣液分 離器的所述第二液體和來自所述燃料提供單元的濃縮燃料，所述混合器還用于通過混合所 述第一液體、所述第二液體和所述濃縮燃料而制備所述混合燃料，以及用于向所述第二熱 交換器提供所述混合燃料；而且所述第二熱交換器用于容納來自所述混合器的所述混合燃料，用于冷卻所述混合燃料 和用于向所述燃料電池堆體提供所述冷卻的混合燃料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回收單元，還包括連接在所述混合器的所述出口與所述第 二熱交換器的所述入口之間的緩沖器，所述緩沖器臨時存儲所述混合燃料以控制提供到所 述第二熱交換器的所述混合燃料的量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的回收單元，其中所述緩沖器包括用于從所述混合燃料除去 雜質(zhì)的過濾器。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的回收單元，還包括所述燃料電池堆體，其中所述燃料電池堆體被構(gòu)建為容納來自所述第二熱交換器的冷卻的混合燃料和來自氧化劑提供單元的氧化劑，通過使所述冷卻的混合燃料與所述氧化劑電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能，并將所述電化學(xué) 反應(yīng)之后剩余的所述未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分排出到所述第一氣液分離器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種燃料電池系統(tǒng)和用于燃料電池系統(tǒng)的回收單元。該燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆體，用于通過氧化劑與混合燃料的反應(yīng)產(chǎn)生電能，并用于排出未反應(yīng)的燃料、氧化劑、水分和二氧化碳；混合器，用于通過將至少一部分未反應(yīng)的燃料、氧化劑和水分與濃縮燃料混合來制備混合燃料，并將所述混合燃料提供到所述燃料電池堆體；燃料提供單元，用于將所述濃縮燃料提供到所述混合器；氧化劑提供單元，用于將所述氧化劑提供到所述燃料電池堆體；第一熱交換器，在所述燃料電池堆體的出口與所述混合器之間；和第二熱交換器，在所述燃料電池堆體的入口與所述混合器之間。
文檔編號H01M8/22GK101807706SQ20101010949
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者宋仁燮, 尹成基, 樸程建, 趙慧貞, 鄭永秀 申請人:三星Sdi株式會社