[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010114354.0
• 申請(qǐng)日: 2010-02-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101853957A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅永承;宋仁燮;鄭永秀;宋美貞;趙慧貞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M8/24
• 分類號(hào): H01M8/24;H01M8/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 張波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

燃料電池是利用燃料(氫氣或重整氣)和氧化劑(氧氣或空氣)電化學(xué)地產(chǎn)生能量的裝置。燃料(氫氣或重整氣)和氧化劑(氧氣或空氣)從電池外部持續(xù)供應(yīng)并通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化成電能。

純氧氣或含有大量氧氣的空氣被用作燃料電池的氧化劑。純氫氣或含有大量氫氣的燃料(其通過(guò)重整碳?xì)浠衔锘剂?LNG、LPG、CH₃OH等)而產(chǎn)生)被用作燃料。

為了便于解釋和理解，將主要描述直接甲醇燃料電池(DMFC)。直接甲醇燃料電池供應(yīng)高濃度甲醇燃料到燃料電池堆疊以通過(guò)與氧氣的反應(yīng)而產(chǎn)生電。直接甲醇燃料電池使用高濃度燃料以增大能量重量密度(energyweight?density)。當(dāng)使用高濃度燃料時(shí)，直接甲醇燃料電池將高濃度燃料與回收的燃料混合，并將適當(dāng)濃度的燃料供應(yīng)到燃料電池堆疊。

供應(yīng)燃料到燃料電池堆疊的方案分為主動(dòng)方案和被動(dòng)方案。在主動(dòng)方案中，使用燃料泵將燃料供應(yīng)到燃料電池堆疊。在被動(dòng)方案中，通過(guò)利用毛細(xì)現(xiàn)象或廢氣向燃料盒加壓從而將燃料供應(yīng)到燃料電池堆疊。

主動(dòng)方案根據(jù)燃料電池系統(tǒng)的條件有利地控制燃料的濃度和流速。然而，主動(dòng)方案的缺點(diǎn)是需要諸如燃料泵、再循環(huán)泵、流速傳感器、濃度傳感器等的器件，從而增大了燃料電池系統(tǒng)的體積、重量和能耗。具體地，需要高精泵以精確控制流速，但是這種高精泵昂貴且依賴流速的變化而易于出故障。

相反，被動(dòng)方案能夠減小燃料電池系統(tǒng)的體積、重量和能耗，這是因?yàn)閮H利用被動(dòng)物理現(xiàn)象供應(yīng)燃料而不需要泵或傳感器。然而，不能精確控制流速，從而顯著降低燃料電池系統(tǒng)的效率或?qū)е聦?duì)燃料電池系統(tǒng)的永久損壞。此外，被動(dòng)方案目前不能控制大流速，使得難以在高輸出燃料電池系統(tǒng)中采用被動(dòng)方案。

在本背景技術(shù)部分中公開(kāi)的信息被單獨(dú)呈現(xiàn)以增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明背景的理解，因此可以包含不是本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的現(xiàn)有技術(shù)的一部分的信息。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，采用低功率向燃料電池系統(tǒng)供應(yīng)燃料。

本發(fā)明的示范性實(shí)施例提供了一種燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池堆疊、供應(yīng)燃料到燃料電池堆疊的燃料供應(yīng)單元和供應(yīng)氧化劑到燃料電池堆疊的氧化劑供應(yīng)單元。燃料電池堆疊通過(guò)燃料和氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。

燃料供應(yīng)單元包括燃料滲透膜，該燃料滲透膜安裝在燃料回收腔(fuelrecovery?chamber)和燃料儲(chǔ)存腔之間。燃料儲(chǔ)存腔容納具有第一濃度的燃料，燃料回收腔允許從燃料電池堆疊回收的具有第二濃度的燃料的通過(guò)。第一濃度高于第二濃度。燃料滲透膜可以是反滲透膜(reverse?osmosismembrane)，其選擇性滲透儲(chǔ)存燃料，也就是，其僅允許儲(chǔ)存燃料(具有第一濃度)通過(guò)該膜。燃料供應(yīng)單元可以包括燃料儲(chǔ)存腔，該燃料儲(chǔ)存腔根據(jù)儲(chǔ)存燃料的體積變化而膨脹和收縮。

燃料儲(chǔ)存腔容納儲(chǔ)存燃料并包括連接到燃料回收腔的通道，燃料回收腔包括被回收的燃料通過(guò)其循環(huán)的通道。燃料滲透膜可以設(shè)置在燃料儲(chǔ)存腔和燃料回收腔之間。

在備選的實(shí)施例中，濃度控制器可以連接到燃料儲(chǔ)存腔。濃度控制器可以包括第二燃料儲(chǔ)存腔、燃料滲透膜和燃料回收腔。第二燃料儲(chǔ)存腔接收來(lái)自第一燃料儲(chǔ)存腔的具有第一濃度的燃料，燃料滲透膜安裝在第二燃料儲(chǔ)存腔和回收腔之間。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，燃料能夠穩(wěn)定地供應(yīng)到燃料電池堆疊并在燃料傳送時(shí)使功耗最小化。此外，通過(guò)減小系統(tǒng)中部件的數(shù)量能夠減小制造成本。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。

圖2為圖1的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池堆疊的結(jié)構(gòu)的分解透視圖。

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的濃度控制器的分解透視圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的濃度控制器的截面圖。

圖6為示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中燃料濃度與回收燃料的流速之間的關(guān)系的曲線圖。

圖7為示出在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)中燃料濃度的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差根據(jù)回收燃料的流速的曲線圖。

具體實(shí)施方式

圖1為根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)造的示意圖。參照?qǐng)D1，燃料電池系統(tǒng)100可以是直接甲醇燃料電池(DMFC)，其通過(guò)甲醇和氧氣的直接反應(yīng)而產(chǎn)生電能。然而，本發(fā)明不限于DMFC。例如，根據(jù)本發(fā)明示范性實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)可以是直接氧化燃料電池，其使液態(tài)或氣態(tài)的含氫燃料(例如，乙醇、LPG、LNG、汽油、丁烷氣等)與氧氣反應(yīng)。