CN100384005C - 燃料电池的燃料桶更换时间通知装置和通知方法 - Google Patents
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Abstract
一种燃料电池的燃料桶更换时间通知装置和通知方法，主要包括燃料电池组、燃料供应部和空气供应部。燃料电池组由电解质膜、设置在其两侧的燃料极和空气极构成。含有氢气的燃料供应给燃料极；含有氧气的空气供应给空气极，通过氢气和氧气的电化学反应产生电能。燃料供应部主要包括燃料供应管、燃料桶、燃料泵、燃料桶重量检测器和燃料浓度检测器。燃料供应管环接在燃料电池组的燃料极，多个燃料桶并联在燃料供应管的中间；燃料泵用于抽运燃料。通过检测出燃料桶的最初重量和使用中的重量以及燃料的最先浓度和使用中的浓度，显示燃料桶的更换时间。使得燃料保持适当浓度，使燃料电池工效稳定。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及其燃料电池的燃料桶。
背景技术
人类使用的能量中大部分来自化石燃料。但是上述化石燃料的使用会导致大气污染、酸雨、地球温室化等对环境带来恶劣的影响，并且能量利用效率也很低等问题。
燃料电池与一般的电池(2次电池)不同，取代上述化石燃料，向阴极(anode)供应燃料(氢气或者碳氢气体)，从外部向阳极(cathode)供应氧气，进行水的电解逆反应的电化学反应，产生电和热量的电池系统，也可以看作是发电装置。
通过燃料电池的发电方法是，在不经过燃料的燃烧(氧化)反应，经过氢气和氧气的电化学反应，利用反应前后的能量差直接转换成电能的方法。
燃料电池按照电解质的类型进行分类，则有在200℃附近工作的磷酸型燃料电池、在60～110℃工作的碱性电解质型燃料电池、在常温～80℃工作的高分子电解质燃料电池、在500～700℃的高温下工作的熔融碳酸盐电解质燃料电池、还有在1000℃以上的高温状态下工作的固体氧化物燃料电池等。
下面参照后附图纸，对现有技术的燃料电池进行简单说明。
如图1所示，燃料电池一般包括燃料电池组10、燃料供应部20、空气供应部30和电能输出部(图中未示)。燃料电池组10具有燃料极13和空气极14，用于通过氢气和氧气的电化学反应产生电能；燃料供应部20用于将包含有氢气水溶液状态的硼化氢[(BH4)，实际上为硼化氢钠(NaBH4)]供应给燃料极13；空气供应部30用于将包含有氧气的空气供应给空气极14；电能输出部(图中未示)将燃料电池组10产生的电能供应给负荷。
燃料供应部20包括燃料供应管21和燃料桶22以及燃料泵23。燃料供应管21以闭环形状连接在燃料电池组10的燃料极13，并将燃料循环供应给燃料极13；燃料桶22可以拆卸地连接在燃料供应管21的中间，燃料桶22内装有一定量的硼化氢钠；燃料泵23设置在燃料桶22和燃料电池组10的燃料极13之间的燃料供应管21上，用于将燃料抽运到燃料电池组的燃料极13。
图纸中未说明的符号11是单电池，12是电解质膜，15和16是分离板，17和18是集电板，31是空气供应管，32是空气泵。
下面对具有上述结构的现有技术燃料电池供应燃料时产生电能的过程进行说明。
也就是说，燃料泵23按照控制部的指令驱动，从燃料桶22抽运作为燃料的水溶液状态的BH4，然后供应给燃料电池组10的燃料极13，燃料与供应到空气极14的氧气进行电化学反应，产生水同时在两个电极之间生成电流。
进一步说明则，燃料极13侧燃料的电化学氧化反应为BH4 -+8OH-→BO2 -+6H2O+8e-，电解质膜12传递通过氧化/还原反应生成的离子；在空气极14，空气(氧气)的电化学还原反应为2O2+4H2O+8e-→8OH-。
于是，燃料极13和空气极14之间产生的电动势，通过叠加有多个单电池11的燃料电池组10的两端的集电板17、18输出，输出到集电板17、18上的电流供应到负荷。
但是具有上述结构的现有技术燃料电池却有如下问题点。
也就是说，由于持续反应，使得燃料的浓度变得很稀，降低了燃料电池的性能，所以不仅要在适当的时间更换燃料桶22；还由于没有通知燃料桶22更换时间的装置，使得燃料电池不能有效地利用。除此之外，在需要电压的时候不能生产出所需要量的电压，也给使用各种电子产品带来了不便。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种燃料电池的燃料桶更换时间通知装置和通知方法，它能在反应中感知燃料的浓度，并将燃料桶的更换时间显示到外部。
本发明的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置是：
一种燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，主要包括燃料电池组、燃料供应部和空气供应部，所述燃料电池组由电解质膜、设置在电解质膜两侧的燃料极和空气极构成，将包含有氢气的燃料供应给所述燃料极；将包含有氧气的空气供应给所述空气极，通过氢气和氧气的电化学反应产生电能；所述燃料供应部主要包括燃料供应管、燃料桶、燃料泵，燃料供应管以闭环形状连接在燃料电池组的燃料极，并将燃料循环供应给燃料极，并联至少一个以上的燃料桶可以拆卸地设置在燃料供应管的中间，燃料桶内装有水溶液状态的硼化氢钠，燃料泵设置在燃料桶的出口侧，用于抽运燃料；所述空气供应部连接在燃料电池组的空气极，用于供应空气；其特征在于，它还包括重量检测器和燃料浓度检测器，所述燃料桶重量检测器检测燃料桶的重量；所述燃料浓度检测器设置在燃料桶的周边，用于检测燃料的浓度；所述燃料供应部还包括燃料桶更换时间通知部，该燃料桶更换时间通知部由燃料桶重量检测器、燃料浓度检测器以及显示器构成，该显示器上设有显示部，该显示部与燃料桶重量检测器和燃料浓度检测器连接。
所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其中所述燃料桶重量检测器固定设置在燃料桶设置位置上。
所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其中所述燃料浓度检测器就是电导度传感器，所述电导度传感器检测燃料的电导度，通过所述检测出的燃料的电导度计算出燃料的浓度。
所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其中所述燃料浓度检测器将检测部设置在所述燃料桶的内部。
所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其中所述燃料供应部还包括显示部，所述显示部与所述燃料桶重量检测器和燃料浓度检测器相连接，显示更换时间或者以时间表示的可使用电量。
本发明的燃料电池的燃料桶更换时间的通知方法是：
一种燃料电池的燃料桶更换时间的通知方法，其特征在于，它包括以下几个阶段：第一阶段：设置所述燃料桶时，检测燃料桶重量和燃料浓度；第二阶段：利用设置所述燃料桶时检测出的燃料桶重量和燃料浓度计算出最初可使用电量；第三阶段：使用燃料时，继续检测燃料桶重量和燃料浓度，计算出已使电量；第四阶段：比较最初可使用电量和已使用电量；第五阶段：已使用电量超过最初可使用电能的瞬间，通知更换所述燃料桶。
前述的燃料电池的燃料桶更换时间的通知方法，其中在最初可使用电量和已使用电量进行比较阶段后，以所述进行的比较阶段为基础，将当前可使用电量换算成时间进行通知的阶段。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是现有技术燃料电池一实施例的系统图。
图2是本发明燃料电池一实施例的系统图。
图3是本发明燃料电池的燃料浓度检测部的示意图。
图4是本发明燃料电池的燃料浓度检测过程和燃料桶更换时间通知过程的流程图。
图中标号说明：
21：燃料供应管 22：燃料桶
23：燃料泵 100：燃料桶更换时间通知部
110：燃料桶重量检测器 120：燃料浓度检测器
130：显示器
具体实施方式
下面根据后附图纸所示一实施例，对本发明燃料电池的燃料桶更换时间通知装置和通知方法进行详细说明。
如图2所示，本发明的燃料电池主要包括燃料电池组10、燃料供应部20、空气供应部30和电能输出部(图中未示)。燃料电池组10具有燃料极13和空气极14，用于通过氢气和氧气的电化学反应产生电能；燃料供应部20用于将包含有氢气水溶液状态的硼化氢钠(NaBH4)供应给燃料极13，并且具有燃料更换时间的显示功能；空气供应部30用于将包含有氧气的空气供应给空气极14；电能输出部(图中未示)将燃料电池组10产生的电能供应给负荷。
其中，燃料供应部20主要包括燃料供应管21、燃料桶22、燃料泵23和燃料桶更换时间通知部100。燃料供应管21以闭环形状连接在燃料电池组10的燃料极13，并将燃料循环供应给燃料极13；燃料桶22可以拆卸地连接在燃料供应管21的中间，燃料桶22内装有一定量的硼化氢钠；燃料泵23设置在燃料桶22和燃料电池组10的燃料极13之间的燃料供应管21上，用于将燃料抽运到燃料电池组10的燃料极13；燃料桶更换时间通知部100计算燃料桶22的更换时间，并将计算出的时间显示给外部。
如图3所示，燃料桶更换时间通知部100主要由燃料桶重量检测器110和燃料浓度检测器120以及显示器130构成。燃料桶重量检测器110在设置燃料桶22时用于检测燃料桶22的重量；燃料浓度检测器120设置在燃料桶22的周边，用于检测燃料的浓度；显示器130与燃料桶重量检测器110和燃料浓度检测器120相连接，通过燃料桶重量和燃料浓度的变化，将燃料桶的更换时间显示给外部。
其中，最好将燃料桶重量检测器110固定设置在设置燃料桶22所在位置的底面，使得在设置燃料桶22和使用燃料的时候，能够自动地检测出燃料桶22的重量。在具备有多个燃料桶22的时候，燃料桶重量检测器110独立地设置在每个燃料桶22上。
燃料浓度检测器120由电导度传感器构成。电导度传感器设置在燃料桶的内部，用于测定燃料的电导度和计算出硼化氢钠的浓度。在具备有多个燃料桶22的时候，燃料浓度检测器120也最好如燃料桶重量检测器110独立地设置在每个燃料桶22上一样独立地设置在每个燃料桶22上。
显示器130包括显示部和判断部。显示部以声音或者颜色将燃料桶22的更换时间显示到外部；判断部将燃料桶重量检测器110和燃料浓度检测器120的检测值与设定值相比较，计算燃料桶的更换时间或者燃料桶的剩余时间。
图中与现有技术相同的部分赋予相同的符号。
图中未说明的符号11是单电池，12是电解质膜，15和16是分离板，17和18是集电板，31是空气供应管，32是空气泵。
具有上述结构的本发明燃料电池的燃料桶更换时间通知装置具有如下作用效果。
也就是说，将包含有氢气的硼化氢钠(NaBH4)供应给燃料极13的同时，将包含有氧气的空气供应给空气极14，然后与电解质膜12进行反应，形成离子。离子在产生电化学反应形成水的过程中，在燃料极13生成的电子移动到空气极14最终产生电。
进一步说明则，燃料极13侧燃料的电化学氧化反应为BH4 -+8OH-→BO2 -+6H2O+8e-，电解质膜12传递通过氧化/还原反应生成的离子；在空气极14，空气(氧气)的电化学还原反应为2O2+4H2O+8e-→8OH-。
在持续进行上述反应过程中，燃料循环于燃料桶22和燃料电池组10，逐渐降低了燃料的硼化氢钠(NaBH4)的浓度，降低了燃料电池的工作效率，也使各种电子产品失去了工作可靠性。如果使用者没有认识到上述问题而任其发展，则会损坏燃料电池。
所以应该在适当的时间更换燃料桶22，继续供应新的燃料。本发明通过以下方法计算出燃料桶22的更换时间，并将更换时间通知给使用者。
也就是说，如图4所示，安装燃料桶22的时候，位于燃料桶22设置面上的燃料桶重量检测器110检测出燃料桶22的最初重量，同时设置在燃料桶22上的燃料浓度检测器120检测出上述燃料桶22内部的燃料最初浓度，使得检测出的燃料桶22的重量和燃料浓度利用预先存储的基准值，计算出最初可使用电量。
然后，在使用燃料时，继续检测出燃料桶22的重量和燃料浓度，并将检测出的燃料桶22的重量和燃料浓度与预先存储的基准值相比较，计算出已使用电量。
然后，已使用电能超过最初可使用电能的瞬间，显示器130的判断部判断应该更换燃料桶22的时间，并通过显示器130的显示部，利用声音或者颜色显示判断的时间。这时，判断部将已使用电量与最初可使用电能进行比较，可以计算出当前可使用电能，并将计算出的当前可使用电量通过显示部显示剩余时间。
通过上述过程，可以让使用者关闭使用中的上述燃料桶22并将其取下并更换新的燃料桶22，重新启动燃料电池。
通过上述过程，通知燃料的更换时间，预先防止了燃料的浓度不足或者过浓导致系统效率低下，提高使用中的各种电子产品的工作可靠性。
发明的效果
本发明提供可以带来如下效果的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置和通知方法：继续检测出燃料桶的最初重量和使用中的重量以及燃料的最初浓度和使用中的浓度，通知燃料桶的更换时间。通过上述方法，使得燃料的浓度时常保持适当浓度，预先防止燃料电池系统的工作效率降低和各种电子产品的工作可靠性降低。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，主要包括燃料电池组、燃料供应部和空气供应部，
所述燃料电池组由电解质膜、设置在电解质膜两侧的燃料极和空气极构成，将包含有氢气的燃料供应给所述燃料极；将包含有氧气的空气供应给所述空气极，通过氢气和氧气的电化学反应产生电能；
所述燃料供应部主要包括燃料供应管、燃料桶、燃料泵，燃料供应管以闭环形状连接在燃料电池组的燃料极，并将燃料循环供应给燃料极，并联至少一个以上的燃料桶可以拆卸地设置在燃料供应管的中间，燃料桶内装有水溶液状态的硼化氢钠，燃料泵设置在燃料桶的出口侧，用于抽运燃料；所述空气供应部连接在燃料电池组的空气极，用于供应空气；其特征在于，它还包括重量检测器和燃料浓度检测器，所述燃料桶重量检测器检测燃料桶的重量；所述燃料浓度检测器设置在燃料桶的周边，用于检测燃料的浓度；
所述燃料供应部还包括燃料桶更换时间通知部，该燃料桶更换时间通知部由燃料桶重量检测器、燃料浓度检测器以及显示器构成，该显示器上设有显示部，该显示部与燃料桶重量检测器和燃料浓度检测器连接。
2.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其特征在于所述燃料桶重量检测器固定设置在燃料桶设置位置上。
3.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其特征在于所述燃料浓度检测器就是电导度传感器，所述电导度传感器检测燃料的电导度，通过所述检测出的燃料的电导度计算出燃料的浓度。
4.根据权利要求1或3所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其特征在于所述燃料浓度检测器将检测部设置在所述燃料桶的内部。
5.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其特征在于所述燃料供应部还包括显示部，所述显示部与所述燃料桶重量检测器和燃料浓度检测器相连接，显示更换时间或者以时间表示的可使用电量。
6.一种燃料电池的燃料桶更换时间的通知方法，其特征在于，它包括以下几个阶段：
第一阶段：设置所述燃料桶时，检测燃料桶重量和燃料浓度；
第二阶段：利用设置所述燃料桶时检测出的燃料桶重量和燃料浓度计算出最初可使用电量；
第三阶段：使用燃料时，继续检测燃料桶重量和燃料浓度，计算出已使电量；
第四阶段：比较最初可使用电量和已使用电量；
第五阶段：已使用电量超过最初可使用电能的瞬间，通知更换所述燃料桶。
7.根据权利要求6所述的燃料电池的燃料桶更换时间通知装置，其特征在于在最初可使用电量和已使用电量进行比较阶段后，以所述进行的比较阶段为基础，将当前可使用电量换算成时间进行通知的阶段。
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