CN101207210B

CN101207210B - 低启动电力的燃料电池系统

Info

Publication number: CN101207210B
Application number: CN2006101702083A
Authority: CN
Inventors: 张孙伟; 林明宪; 许泓锜; 林加弘
Original assignee: Tatung Co Ltd
Current assignee: Tatung Co Ltd
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2026-12-21
Also published as: CN101207210A

Abstract

本发明一种低启动电力的燃料电池系统，其在启动时，先将燃料通入至少一启动燃烧单元中燃烧以放热，而使邻近于启动燃烧单元的各单元得以吸收热能以到达工作温度，故而降低启动电力的需求，而可缩小电源供应单元的体积，进而达到缩小燃料电池系统整体体积，并提升燃料电池系统的整体效率。

Description

低启动电力的燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统，特别是一种适用于以电力提供系统启动热能的燃料电池系统。

背景技术

近年来，人们期待找到取代汽油的能源，故而在燃料电池系统的制作技术上投注了许多研究，其中，为了提供更多样化的用途需求，因此，减少燃料电池系统的体积与降低燃料电池系统架构的复杂度为其所欲解决的课题。

现有技术的一解决方案为将蒸发单元与电池组单元模块化，以省却部分零件的体积，然而，在此种燃料电池系统启动时，仍需在电池组单元邻近处设置有一电热片，以透过电热片将电力转换为热能而使电池组单元到达工作温度，因此需要仰赖电源供应单元提供的电力而启动系统，因此势必需要功率较大的电源供应单元，换言之，需要占有相当体积的电源供应单元，故而造成燃料电池系统缩小体积的一障碍。

发明内容

本发明目的是提供一种低启动电力的燃料电池系统，包括：一燃料槽、一蒸发单元、一反应单元、一电池堆单元、至少一启动燃烧单元、以及一后燃烧单元。燃料槽储存有一燃料；蒸发单元是连接于燃料槽；反应单元是连接于蒸发单元；电池堆单元是连接于反应单元，且电池堆单元是堆栈多个电池；至少一启动燃烧单元是连接于蒸发单元；后燃烧单元是连接于电池堆单元，并邻设于反应单元的一侧；且燃料是自燃料槽通入蒸发单元中以汽化燃料，并接续通入至至少一启动燃烧单元进行燃烧，且在燃料电池系统到达一预定温度时，通入燃料至反应单元以对燃料进行化学反应，并自反应单元输入燃料至电池堆单元，以在其中使燃料的化学能转换为电能，且燃料是自电池堆单元通入后燃烧单元以进行燃烧。

本发明的启动燃烧单元的个数为不定数，然以三个为较佳，其中二个是分别邻设于电池堆单元的一侧，另一个是邻设于反应单元的一侧。

本发明的燃料电池系统可为模块化架构，其电池堆单元、邻设于电池堆单元的至少一启动燃烧单元、及蒸发单元可组设为一第一模块。而反应单元、邻设于反应单元的至少一启动燃烧单元、及后燃烧单元可组设为一第二模块。更甚，本发明的燃料电池系统可以是将蒸发单元、反应单元、电池堆单元、至少一启动燃烧单元、及后燃烧单元组设为一第三模块的架构。

本发明的燃料电池系统可更包括一加热单元，其是邻设于蒸发单元的一侧，且加热单元可为一电热片。

本发明的燃料电池系统可更包括一温度感测单元，其可量测燃料电池系统的电池堆单元或反应单元的温度，且温度感测单元可以贴附于电池堆单元或反应单元。

本发明的燃料电池系统可更包括至少一流量控制单元，其可连接于蒸发单元与至少一启动燃烧单元之间以控制燃料自蒸发单元通入至少一启动燃烧单元的流量，或者可连接于蒸发单元与反应单元之间以控制燃料自蒸发单元通入反应单元的流量。

本发明的燃料电池系统可更包括至少一泵，其将一助燃气体通入启动燃烧单元，泵可为一微空气泵、空气泵，而助燃气体可为来自大气的空气、一助燃气体槽内储存的压缩空气、或压缩氧气等具有助燃性质的气体。

此外，本发明的燃料电池系统可更包括至少一旁通阀单元，当反应单元的进气口是与启动燃烧单元的出口相连接时，旁通阀单元可设置在启动燃烧单元出口处以控制调节燃料是否进入启动燃烧单元燃烧，以及设置另一旁通阀单元在反应单元进气口前端以控制调节燃料是否进入反应单元，然而，本发明的燃料电池系统亦可进在连接于反应单元与至少一启动燃烧单元之间设置一旁通阀单元，以排出经至少一启动燃烧单元燃烧后的至少一种产生气体而不致通入反应单元，旁通阀单元可为一三通阀、阀、抽气帮浦、或风扇。

本发明的燃料电池系统经由邻设于电池堆单元的至少一侧的至少一启动燃烧单元而在系统启动时先通入燃料至至少一启动燃烧单元，以使燃料在至少一启动燃烧单元中燃烧放热而提供系统各单元启动时所需要的热能，因此，达到大幅降低启动电力的需求，进而缩小系统的体积，并提升系统的整体效率的功效。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的燃料电池系统示意图；

图2是本发明另一较佳实施例的燃料电池系统示意图。

【主要组件符号说明】

燃料电池系统1，2 燃料槽11 燃料111

蒸发单元12 反应单元13 电池堆单元14

电池141，142，143 端板144，145 温度感测单元146

后燃烧单元16 加热单元18 第一模块191

第二模块192 电源供应单元20 泵21

第三模块23 旁通阀单元24

启动燃烧单元151，152，153

流量控制单元171，172，173，174

具体实施方式

首先，请参考图1，其为本发明一较佳实施例的燃料电池系统示意图。如图中所示，燃料电池系统1包括：燃料槽11、蒸发单元12、反应单元13、电池堆单元14、端板144，145、温度感测单元146、启动燃烧单元151，152，153、后燃烧单元16、流量控制单元171，172，173，174、加热单元18、以及电源供应单元20。

在燃料电池系统1中，蒸发单元12是连接于燃料槽11，反应单元13是连接于蒸发单元12，电池堆单元14是连接于反应单元13，端板144，145是分别邻设于电池堆单元14的两侧，温度感测单元146是贴附于端板144，145，启动燃烧单元151，152，153是连接于蒸发单元12，且其个数是有三个，其中二个是分别邻设于电池堆单元14的一侧，另一个是邻设于反应单元13的一侧，后燃烧单元16是连接于电池堆单元14，并邻设于反应单元13的一侧，流量控制单元171，172，173，174是分别连接于蒸发单元12与启动燃烧单元151，152，153之间、及蒸发单元12与反应单元13之间，而加热单元18是邻设于蒸发单元12的一侧。

在本实施例中，电池堆单元14、启动燃烧单元151，152、及蒸发单元12是组设为一第一模块191，而反应单元13、启动燃烧单元153、及后燃烧单元16是组设为一第二模块192。

上述燃料槽11储存有一燃料111，在本实施例中，燃料111可为甲醇、液态瓦斯、天然气、酒精、沼气、氢气，其中以甲醇为较佳。

在本实施例中，上述蒸发单元12可将通入其中的燃料111加热汽化使的成为气相，而上述反应单元13是透过化学触媒使通入其中的燃料111可进行化学反应以反应产生氢气。

上述电池堆单元14堆栈有多个电池141，142，143，在本实施例中，电池141，142，143分别具有两块流场板(图中未示)、以及流场板夹持的一膜极组(Membrane Electrode Assembly)(图中未示)。

上述二端板144，145为可夹持电池堆单元14的平板，且其中分别容置有启动燃烧单元151，152，其一端板145并容置有蒸发单元12，在本实施例中，端板144，145为金属端板。

上述温度感测单元146量测燃料电池系统1的温度，其可为量测与温度感测单元146直接接触部分的温度的接触式传感器，或是量测与温度感测单元146未接触部分的温度的非接触式传感器，在本实施例中，温度感测单元146可以量测电池堆单元14的温度以当作燃料电池系统1的温度。

当燃料111通入上述启动燃烧单元151，152，153或后燃烧单元16时，燃料11是在启动燃烧单元151，152，153或后燃烧单元16的中进行燃烧反应。

在本实施例中，反应单元13的进气口与启动燃烧单元151，152，153的进口是分别独立的，故需上述流量控制单元171，172，173，174分别控制燃料111自蒸发单元12通入启动燃烧单元151，152，153的流量、以及控制燃料111自蒸发单元12通入反应单元13的流量，在本实施例中，流量控制单元171，172，173，174为以机械或电力控制的流量控制阀。

上述加热单元18在燃料电池系统1启动时提供蒸发单元12达到工作温度所需的热能，在本实施例中，加热单元18为一电热片，其接受一电源供应单元20提供的电源以产生热能。

兹描述本实施例燃料电池系统1的产电过程如下：首先，当燃料电池系统1启动时，电源供应单元20提供加热单元18电源以使的作动产生热能而使蒸发单元12温度上升至其的工作温度。

其次，燃料111是自燃料槽11通入蒸发单元12中以汽化燃料111，并接续地经由流量控制单元171，172，173，174的控制，将已汽化的燃料111通入启动燃烧单元151，152，153而非通入反应单元13，以在启动燃烧单元151，152，153中进行燃烧反应直至温度感测单元146量测到电池堆单元14达到工作温度，在此期间，在启动燃烧单元151，152，153中燃烧燃料111所产生的热能即可供给电池堆单元14以使其达到其的工作温度。

继而，当电池堆单元14到达工作温度时，经由流量控制单元171，172，173，174的控制，将蒸发单元12汽化的燃料111改通入至反应单元13而非通入至启动燃烧单元151，152，153，以在反应单元13中对燃料111进行化学反应产生氢气，其后，将已产生氢气的燃料111自反应单元13输入至电池堆单元14，以在其中使燃料111进行化学能转换为电能的产电反应，最后，已进行产电反应的燃料111是自电池堆单元14通入后燃烧单元16以进行燃烧以使燃料111完全氧化。

因为在本实施例的燃料电池系统1启动时透过启动燃烧单元151，152，153燃烧燃料111以产生热能而使燃料电池系统1的温度得以升高至工作温度，故而降低燃料电池系统1对电源供应单元20的电力需求，因此，在本实施例的燃料电池系统1中可设置较小体积的电源供应单元，进而达到缩小系统整体体积，并提升系统的整体效率。

请参考图2，其为本发明另一较佳实施例的燃料电池系统示意图，为节省篇幅故仅说明本实施例与上一实施例差异的处。

在本实施例中，燃料电池系统2包括一泵21，其连接于启动燃烧单元151，152，153的进口处，以控制一助燃气体通入启动燃烧单元151，152，153的流量，而无设置如上一实施例的流量控制单元171，172，173，174，泵21为一微空气泵，而助燃气体为空气。

此外，本实施例的蒸发单元12、反应单元13、电池堆单元14、启动燃烧单元151，152，153、以及后燃烧单元16组设为一第三模块23。

当燃料电池系统2启动时，在燃料111经过蒸发单元12加热气化之后，燃料111被通入至启动燃烧单元151，152，153，此时，若流量控制单元控制助燃气体一并通入上述启动燃烧单元151，152，153，燃料111则在启动燃烧单元151，152，153中进行燃烧反应，之后，燃烧过的燃料111则经由连接于反应单元13与启动燃烧单元151，152，153之间的一旁通阀单元24排出，而不使燃料111燃烧后的至少一种产生气体通入反应单元13，旁通阀单元24可为一三通阀、阀、抽气帮浦、或风扇等，以供燃烧后的气体可直接排出系统，在本实施例中，旁通阀单元24为一三通阀。

然而，当燃料电池系统2的温度到达工作温度时，流量控制单元控制助燃气体不通入启动燃烧单元151，152，153，而使燃料111仅流经启动燃烧单元151，152，153而不在其中燃烧，此时，旁通阀单元24亦配合控制以将燃料111通入反应单元13，以使燃料111在反应单元13产生氢气以供后续的产电反应。

因此，由上述中可以得知，本发明的燃料电池系统在启动时，先将燃料通入启动燃烧单元中燃烧以放热，而使邻近于启动燃烧单元的各单元得以吸收热能以到达工作温度，故而降低启动电力的需求，而可缩小电源供应单元的体积，进而达到缩小燃料电池系统整体体积，并提升燃料电池系统的整体效率。

上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims

1.一种低启动电力的燃料电池系统，其特征在于包括：

一燃料槽，是储存一燃料；

一蒸发单元，是连接于该燃料槽；

一反应单元，是连接于该蒸发单元；

一电池堆单元，是连接于该反应单元，且该电池堆单元是堆栈多个电池；

至少一启动燃烧单元，是连接于该蒸发单元；以及

一后燃烧单元，是连接于该电池堆单元，并邻设于该反应单元的一侧；

其中，该燃料是自该燃料槽通入该蒸发单元中以汽化该燃料，接着通入该燃料至该至少一启动燃烧单元进行燃烧，并在该燃料电池系统到达一预定温度时，通入该燃料至该反应单元以对该燃料进行化学反应，并自该反应单元输入该燃烧过的燃料至该电池堆单元，以在其中使该燃烧过的燃料的化学能转换为电能，且该燃烧过的燃料是自该电池堆单元通入该后燃烧单元进行燃烧。

2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，更包括一加热单元，其是邻设于该蒸发单元的一侧。

3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该加热单元为一电热片。

4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，更包括一温度感测单元，其是量测该燃料电池系统的温度。

5.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该温度感测单元是量测该电池堆单元的温度。

6.如权利要求4所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该温度感测单元是量测该反应单元的温度。

7.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，更包括至少一流量控制单元，其是连接于该蒸发单元与该至少一启动燃烧单元之间以控制该燃料自该蒸发单元通入该至少一启动燃烧单元的流量。

8.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，更包括一流量控制单元，其是连接于该蒸发单元与该反应单元之间以控制该燃料自该蒸发单元通入该反应单元的流量。

9.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，更包括至少一泵，其是连接于该至少一启动燃烧单元，以控制一助燃气体通入该至少一启动燃烧单元的流量。

10.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，更包括至少一旁通阀单元，其是连接于该反应单元与该至少一启动燃烧单元之间，以排出经该至少一启动燃烧单元燃烧后的至少一种产生气体而不致通入该反应单元。

11.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该至少一启动燃烧单元为三个，其中二个是分别邻设于该电池堆单元的一侧，另一个是邻设于该反应单元的一侧。

12.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该电池堆单元、邻设于该电池堆单元的该至少一启动燃烧单元、及该蒸发单元是组设为一第一模块。

13.如权利要求11所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该反应单元、邻设于该反应单元的该至少一启动燃烧单元、及该后燃烧单元是组设为一第二模块。

14.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该蒸发单元、该反应单元、该电池堆单元、该至少一启动燃烧单元、及该后燃烧单元是组设为一第三模块。

15.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该泵为一微空气泵。

16.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该助燃气体为一空气。

17.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该助燃气体为一氧气。

18.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该至少一旁通阀单元为至少一三通阀。

19.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该至少一旁通阀单元为至少一抽气帮浦。

20.如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于，所述该至少一旁通阀单元为至少一风扇。