燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，包括：　　　　燃料电池堆，包括阳极、阴极以及设置于其间的电解膜；　　　　燃料供应单元，通过燃料供应管道与燃料电池堆的阳极相连接，用于向阳极提供含氢的燃料；　　　　空气供应单元，通过空气供应管道与燃料电池堆的阴极相连接，用于向燃料电池堆的阴极提供含氧的空气；以及　　　　加热单元，用于将提供给燃料电池堆的燃料加热至适当温度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】燃料电池系统
本专利技术涉及一种燃料电池系统，更具体地涉及一种通过加快燃料电池的反应速度从而能够提高燃料电池性能的燃料电池系统。
技术介绍
通常，已提出将燃料电池系统作为矿物燃料的替代，并且与普通电池(辅助电池)不同的是，燃料电池系统提供燃料(氢或碳氢化合物)给阳极并且提供氧给阴极。因此，燃料电池系统进行氢氧之间的电化学反应，而不进行燃料的燃烧反应(氧化反应)，从而将反应前后的能量差直接转换为电能。如图1所示，根据传统技术的燃料电池系统包括：燃料电池堆106，阳极102和阴极104以电解膜(未示出)设置于其间的状态堆叠多次，从而通过氢氧之间的电化学反应产生电能；燃料箱108，用于提供燃料给阳极102；氧化剂供应单元110，用于提供氧化剂给阴极104；等等。燃料泵112安装在燃料电池堆106的燃料箱108与阳极102之间，用于泵送燃料箱108中存储的燃料。含氧的空气用作提供给阴极104的氧化剂。氧化剂供应单元110包括：空气压缩机114，用于向燃料电池堆106的阴极104提供空气；空气过滤器116，用于过滤提供给燃料电池堆106的空气；以及增湿器118，用于增湿提供给燃料电池堆106的空气。通过向传统燃料电池提供燃料而产生电能的过程说明如下。当燃料泵112通过控制器(未示出)的控制信号而工作时，燃料箱108中存储的燃料通过泵送被提供给燃料电池堆106的阳极102。此外，当空气压缩机114工作时，经空气过滤器116过滤的空气通过增湿器118而增湿并提供给电池堆106的阴极104。在电解膜(未示出)置于阳极102与阴极104之间的状态下，一旦燃料和空气被提供给燃料电池堆106，则在阳极102中进行氢的电化学氧化，在-->阴极104中进行氧的电化学还原。此时，由于所产生的电子的移动而产生电流，并且此电流被提供给负载126。也就是说，在阳极102中产生氢的电化学氧化反应，例如，并且由氧化/还原反应所产生的离子经电解膜而传送给阴极104。此外，在阴极104中产生氧的电化学还原反应，例如。因此，总反应为。在该燃料电池系统中，提供给燃料电池堆106的燃料和空气的温度极大地影响燃料电池的性能。因此，设置有附加的加热单元，用于将从燃料箱108提供给阳极102的燃料以及从空气供应单元110提供给阴极104的空气的温度提高为特定温度。但是，在传统的燃料电池系统中，必须设置用于加热提供给燃料电池堆的燃料和空气的附加的加热单元，并且必须使用从燃料电池产生的电流来驱动该加热单元，从而增加了能耗。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种燃料电池系统，通过利用燃料电池堆产生的氢来加热燃料和空气，而不需要驱动加热单元的电源，从而能够提高燃料电池的性能。本专利技术的另一目的在于提供一种燃料电池系统，通过利用燃料混合时产生的反应热来提高燃料的温度，而能够提高燃料电池的性能，从而不需要用于提高燃料温度的加热单元和驱动加热单元的电源。为达到这些目的，本专利技术提供一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆，包括阳极、阴极以及设置于其间的电解膜；燃料供应单元，通过燃料供应管道与燃料电池堆的阳极相连接，用于向阳极提供含氢的燃料；空气供应单元，通过空气供应管道与燃料电池堆的阴极相连接，用于向燃料电池堆的阴极提供含氧的空气；以及加热单元，用于将提供给燃料电池堆的燃料加热至适当温度。加热单元通过氢供应管道与燃料电池堆的阳极相连接，并且，加热单元包括氢燃烧室，用于利用反应后从阳极产生的氢将提供给燃料电池堆的燃料和空气加热至适当温度。-->氢燃烧室由以下构成：壳体，用于分别通过提供给燃料电池堆阳极的燃料和提供给阴极的空气；吹风机，安装在壳体上，用于将外部空气吹入壳体；以及产热单元，安装在壳体中，通过在反应后利用燃料电池堆阳极产生的氢而生成热，加热经过壳体内部的燃料和空气。加热单元包括用于在燃料电池工作之前给燃料箱提供燃料粉末的燃料包，以利用燃料粉末与燃料供应单元的燃料箱中存储的水混合时产生的热来提高燃料的温度。燃料包包括：容器，用于存储燃料粉末；以及开/关单元，安装在容器入口处，用于在给燃料箱提供燃料粉末时打开容器入口。加热单元包括热电模块，用于加热从燃料供应单元的燃料箱提供给燃料电池堆的阳极的燃料。附图说明图1为根据传统技术的燃料电池系统的结构图；图2为根据本专利技术一实施例的燃料电池系统的结构图；图3为根据本专利技术一实施例的燃料电池系统的加热单元的局部剖开透视图；图4为根据本专利技术一实施例的燃料电池系统的加热单元的剖视图；图5为根据本专利技术一实施例的燃料电池系统的加热单元的控制器的方框图；图6为根据本专利技术第二实施例的加热单元的剖视图；图7和图8为根据本专利技术第二实施例的加热单元的工作状态的剖视图；图9为沿图8的IX-IX线的剖视图；图10为提高根据本专利技术第二实施例的燃料电池系统的燃料温度的过程的曲线图；以及图11为根据本专利技术第三实施例的加热单元的工作的示意图。具体实施方式根据本专利技术的燃料电池系统更具体地说明如下。即使根据本专利技术的燃料电池系统可具有多个实施例，但以下将说明最优-->选的实施例。图2为根据本专利技术一实施例的燃料电池系统的结构图。根据本专利技术的燃料电池系统包括：燃料电池堆6，其阳极2和阴极4堆叠多次，从而在电解膜设置于其间的状态下通过氢氧之间的电化学反应产生电能；燃料箱8，用于存储提供给阳极2的燃料；空气供应单元10，用于给阴极4提供含氧的空气；燃料循环装置，用于使燃料电池堆6排出的燃料循环进入燃料箱8；以及加热单元12，即氢燃烧室，用于加热提供给燃料电池堆6的燃料和空气。燃料箱8存储NaBH4水溶液，并通过燃料供应管道14与燃料电池堆6的阳极2相连接。在燃料供应管道14的一端，安装有燃料泵16，用于泵送燃料箱8中存储的燃料。空气供应单元10包括：空气供应管道18，用于导引大气至燃料电池堆6的阴极4；空气过滤器20，安装在空气供应管道18的入口处，用于过滤被吸入空气供应管道18的空气；空气泵22，安装在空气供应管道18的一端，用于产生吸取外部空气的吸力；以及增湿器24，用于增湿由空气泵22吸取的空气。在增湿器24处安装有水箱26，用于给增湿器24提供水。当含氢的燃料和含氧的空气分别从燃料箱8提供给燃料电池堆6的阳极2和从空气供应单元10提供给燃料电池堆6的阴极4时，在燃料电池堆6中进行以下反应，从而产生电流。也就是说，在阳极2中，进行电化学氧化反应，从而通过电解膜将氧化还原反应产生的离子传送至阴极4；在阴极4中，进行所提供的空气的电化学还原反应。因此，总反应表示为。在进行这些反应时，在阳极2中同时进行副反应，例如。燃料循环包括：气/液分离器26，用于将阳极2和阴极4中的反应之后排出的燃料分离为气体和液体；燃料循环管道28，用于使从气/液分离器26排出的液态燃料循环进入燃料箱8；以及循环泵30，安装在燃料循环管道28上，用于将循环的液体燃料泵送至燃料箱8。燃料电池堆6的阳极2中发生反应之后产生的NaBO2+4H2由气/液分离-->器26分为气体和液体。由此，水和NaBO2经燃料循环管道28循环至燃料箱8，而氢被排至外部。从气/液分离器26排出的氢经氢供应管道32提供给加热单元12，以用作加热单元12的热源。图3为根据本专利技术一实施例的燃料电池系统的加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆，包括阳极、阴极以及设置于其间的电解膜；燃料供应单元，通过燃料供应管道与燃料电池堆的阳极相连接，用于向阳极提供含氢的燃料；空气供应单元，通过空气供应管道与燃料电池堆的阴极相连接，用于向燃料电池堆的阴极提供含氧的空气；以及加热单元，用于将提供给燃料电池堆的燃料加热至适当温度。2、如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括气/液分离器，用于获得反应后从燃料电池堆产生的氢。3、如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，该加热单元通过氢供应管道与该燃料电池堆的阳极相连接，并且该加热单元包括氢燃烧室，用于利用反应后从阳极产生的氢将提供给该燃料电池堆的燃料和空气加热至适当温度。4、如权利要求3所述的燃料电池系统，其中氢燃烧室包括：壳体，用于分别通过提供给该燃料电池堆阳极的燃料和提供给该燃料电池堆阴极的空气；吹风机，安装在壳体处，用于将外部空气吹入该壳体；以及产热单元，安装在该壳体中，通过在反应后利用该燃料电池堆阳极产生的氢而生成热，加热经过该壳体内部的燃料和空气。5、如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，在该壳体中，燃料经过的燃料管道设置为螺管形，空气经过的空气管道设置为螺管形。6、如权利要求5所述的燃料电池系统，其中，该燃料管道和该空气管道通过分隔体而彼此分离。7、如权利要求6所述的燃料电池系统，其中，该燃料管道设置在该分隔体内部，从而直接接收该产热单元生成的热；该空气管道设置在该分隔体外部，从而间接接收该产热单元生成的热。8、如权利要求7所述的燃料电池系统，其中，该燃料管道的一端部与燃料入口相连接，其另一端部与燃料出口相连接，并且燃料入口设置在该壳-->体的上侧，燃料出口设置在该壳体的下侧。9、如权利要求7所述的燃料电池系统，其中，该燃料管道的一端部与燃料入口相连接，其另一端部与燃料出口相连接，并且燃料入口和燃料出口分别设置在该壳体的上侧。10、如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，该吹风机可旋转地安装在该壳体的下部，多个排出孔形成在该壳体的上部，所述排出孔用于排出在向外经过该壳体时已完成加热工作的空气。11、如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，该吹风机利用燃料电池堆产生的电能作为电源。12、如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，该产热单元设置有附着于其内部的催化剂，并且该产热单元形成为引入由吹风机吹送的含氧的空气，从而由氢、氧及催化剂的相互反应而生成热。13、如权利要求12所述的燃料电池系统，其中，该催化剂形成为蜂窝式，用于点火的点火器安装在该催化剂的一侧，该产热单元与该氢供应管道相连接，从而被供应来自该气/液分离器的氢。14、如权利要求4所述的燃料电池系统，其中，该氢燃烧室设置有控制器，用于将所加热的空气和燃料的温度保持在适当水平，而后提供给该燃料电池堆。15、如权利要求14所述的燃料电池系统，其中该控制器包括：温度传感器，安装在该氢燃烧室的一侧，用于检测该氢燃烧室的温度；氢供应量控制器，安装在该氢供应管道上，用于控制给该氢燃烧室的供氢量；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太憙，朴明硕，崔弘，金奎晸，李明浩，金哲欢，黄龙俊，高承兑，许成根，
申请(专利权)人：LG电子株式会社，
类型：发明
国别省市：