CN101494291B - 燃料电池系统 - Google Patents

燃料电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN101494291B
CN101494291B CN2009100029808A CN200910002980A CN101494291B CN 101494291 B CN101494291 B CN 101494291B CN 2009100029808 A CN2009100029808 A CN 2009100029808A CN 200910002980 A CN200910002980 A CN 200910002980A CN 101494291 B CN101494291 B CN 101494291B
Authority
CN
China
Prior art keywords
fuel
fuel cell
cell system
gas
pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2009100029808A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101494291A (zh
Inventor
朴程建
金东贤
河明珠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of CN101494291A publication Critical patent/CN101494291A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101494291B publication Critical patent/CN101494291B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/08—Thickening liquid suspensions by filtration
    • B01D17/085—Thickening liquid suspensions by filtration with membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供燃料电池系统，该燃料电池系统通过将流体分成液体和气体而不受燃料电池系统摇动和转动的影响从而具有极好的无向性，该燃料电池系统包括燃料电池主体、第一液体/气体分离单元以及缓冲管线。燃料电池主体容放包含氢的燃料和包含氧的氧化气体，并且通过氧与氢之间的电化学反应来产生电能。第一气体/液体分离单元安装在从燃料电池主体的阳极出口延伸的第一重复利用管线上，以将气体副产品与通过阳极出口排放的没有反应的燃料分离。缓冲管线流体连接到第一和第二重复利用管线，并且还流体连接到朝着燃料电池主体的阳极进口延伸的第三重复利用管线。

Description

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池系统，特别是，设计为更加有效地重复利用包含在燃料电池系统的燃料循环中的湿气且具有无向性(orientation freefunctionality)的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池系统设计为通过氢和氧之间的电化学反应来产生电能。燃料电池根据所使用的燃料不同分成各种类型，例如，聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)和直接甲醇燃料电池(DMFC)等。
聚合物电解质膜燃料电池采用氢离子交换聚合物膜作为电解质膜。包含氢的燃料与其中包含氧的氧化气体进行电化学反应，从而连续产生电能和热。与其它类型的燃料电池相比，聚合物电解质膜燃料电池典型地显示出极好的输出特性，并且运行温度很低。另外，聚合物电解质膜燃料电池与其它类型的燃料电池相比，启动和响应较快。采用聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池系统已经用于各种用途，例如，便携式电源或者电池替代电源(battery-alternative power)。燃料电池系统通常设计为给每个燃料电池堆提供氧化气体和燃料。
在聚合物电解质膜燃料电池中，诸如甲醇的液化燃料直接供给每个燃料电池堆而没有采用燃料重整器(fuel reformer)。聚合物电解质膜燃料电池容放液化燃料和空气，并且通过燃料的氧化反应和其中的氧化气体的还原反应而产生电能。采用聚合物电解质膜燃料电池的燃料电池系统典型地具有相对简单的结构，并且因此已经用于便携式电源和小型电源。
在上述燃料电池系统中，在燃料与氧化气体电化学反应后，没有反应的燃料和二氧化碳(CO2)通过阳极出口排放，而没有反应的氧化气体和水通过阴极出口排放。为了重复利用没有反应的燃料，二氧化碳被单独排放，而没有反应的燃料再循环到燃料电池堆。此外，没有反应的氧化气体单独排放，而电化学反应所产生的水(湿气)与没有反应的燃料混合，并且提供给燃料电池堆。
在燃料电池系统中，电化学反应所产生的湿气通过阴极出口排放，混有没有反应的氧化气体。因此，为了重复利用水(湿气)，典型的燃料电池系统包括燃料重复利用设备，用于将湿气与氧化气体分离。燃料重复利用设备将从燃料电池堆排放的没有反应的氧化气体冷却到预定温度或者更低，以将包含在氧化气体中的湿气凝缩成液态水，从而湿气和氧化气体能由重力而彼此分离。
例如，当具有直接甲醇燃料电池的燃料电池系统用作便携式或者小型电源时，燃料重复利用设备会摇动或者旋转。结果，从没有反应的氧化气体分离出来的水会与没有反应的氧化气体再度混合，或者泄漏出燃料电池系统。这类问题通常称为“低无向性(low orientation free performance)”。就是说，因为典型的燃料电池系统具有低无向性，所以降低了典型燃料电池系统的功效。
发明内容
本发明的示范性实施例提供燃料电池系统，该燃料电池系统设计为将电化学反应利用后从燃料电池主体中排放出来的流体分离成液态流体和气态流体。
本发明的示范性实施例还提供具有极好无向性的燃料电池系统，其将流体分离成液体和气体，而不受燃料电池系统摇动和转动的影响。
一些实施例所提供的燃料电池系统包括：燃料电池堆；第一气体/液体分离单元；第二气体/液体分离单元；以及缓冲管线。燃料电池堆包括用于供给燃料的阳极进口、将用过的和没有反应的燃料排放出来的阳极出口、供给氧化剂的阴极进口和将没有反应的氧化剂和水蒸气排放出来的阴极出口。阳极出口流体连接到第一气体/液体分离单元的进口，在这里将没有反应的燃料与二氧化碳分离。阴极出口流体连接到第二气体/液体分离单元的进口，在这里气体与液态的水分离。第一和第二气体/液体分离单元的出口流体连接到缓冲管线。缓冲管线的出口流体连接到燃料电池堆的阳极进口。在一些实施例中，缓冲管线包括蛇管或者盘管，其成型为适合于在紧凑的体积内。缓冲管线的体积根据燃料电池堆叠的容量来选择，以容纳燃料电池堆排放的没有反应的燃料和水的体积。燃料电池系统的实施例显示出无向运行。
根据本发明的示范性实施例，燃料电池系统包括燃料电池主体、第一液体/气体分离单元和缓冲管线。燃料电池主体容放含氢的燃料和含氧的氧化气体，并且通过氢和氧之间的电化学反应来产生电能。第一气体/液体分离单元安装在从燃料电池主体的阳极出口延伸出来的第一重复利用管线上，以将通过阳极出口排放出来的没有反应的燃料与气体副产品分离。第二气体/液体分离单元安装在从燃料电池主体的阴极出口延伸出来的第二重复利用管线上，以将通过阴极出口排放出来的没有反应的氧化气体与液体副产品分离。缓冲管线连接到第一和第二重复利用管线，以便以预定的量容放和混合来自第一和第二重复利用管线的没有反应的燃料和液体副产品，并且还连接到朝着燃料电池主体的阳极进口延伸的第三重复利用管线，以引导没有反应的燃料和液体副产品通过阳极进口进入燃料电池主体中。
缓冲管线可以弯曲成蛇形图案，并且可以紧凑地设置在预定的空间中。
燃料电池系统还可以包括多个液体检测传感器，安装在缓冲管线上，以检测是否有液化的流体存在。
第一气体/液体分离单元可以包括用于将没有反应的燃料与气体副产品分离的疏水膜。气体副产品可以是二氧化碳。
燃料电池系统还可以包括安装在第一重复利用管线上的冷却器，以将没有反应的燃料和气体副产品的混合物冷却到预定的温度。冷却器可以设置在燃料电池主体和第一气体/液体分离单元之间。
第二气体/液体分离单元可以包括用于将没有反应的氧化气体与液体副产品分离的疏水膜。液体副产品可以是水。
燃料电池系统还可以包括安装在燃料电池主体和第二气体/液体分离单元之间的第二重复利用管线上的冷凝器，以将没有反应的氧化气体和液体副产品的混合物凝缩到预定的压力。
燃料电池系统还可以包括以预定间隔设置在缓冲管线上的多个疏水膜。
燃料电池系统还可以包括安装在第三重复利用管线上的流体泵，以在预定压力下给燃料电池主体供给没有反应的燃料和液体副产品的混合物。
燃料电池系统还可以包括安装在第三重复利用管线上的亲水膜。
缓冲管线可以由可变化体积的弹性材料形成。
燃料电池系统还可以包括用于给燃料电池主体供给含氢燃料的燃料供给单元，以及用于给燃料电池主体供给含氧的氧化气体的氧化气体供给单元。燃料供给单元可以连接到缓冲管线，从而含氢的燃料被引入缓冲管线中。
一些实施例所提供的燃料电池系统包括：燃料电池主体，构造为容放含氢燃料，并且构造为容放含氧的氧化气体，还构造为通过氢和氧之间的电化学反应来产生电能；第一气体/液体分离单元，安装在从燃料电池主体的阳极出口延伸出来的第一重复利用管线上，其中第一气体/液体分离单元构造为将通过阳极出口排放出来的没有反应的燃料与气体副产品分离；第二气体/液体分离单元，安装在从燃料电池主体的阴极出口延伸出来的第二重复利用管线上，其中第二气体/液体分离单元构造为将通过阴极出口排放出来的没有反应的氧化气体与液体副产品分离；以及缓冲管线，流体连接到第一和第二重复利用管线，构造为容放和混合来自第一和第二重复利用管线的没有反应的燃料和液体副产品，并且流体连接到与燃料电池主体的阳极进口流体连接的第三重复利用管线，构造为将从缓冲管线进入燃料电池主体的没有反应的燃料和液体副产品引导进入阳极进口。
在一些实施例中，缓冲管线包括蛇管，并且紧凑地设置在预定的空间中。
一些实施例还包括安装在缓冲管线上的多个液体检测传感器。
在一些实施例中，第一气体/液体分离单元包括疏水膜，构造为将没有反应的燃料与气体副产品分离。在一些实施例中，气体副产品包括二氧化碳。
一些实施例还包括安装在燃料电池主体和第一气体/液体分离单元之间的第一重复利用管线上的冷却器，其中冷却器构造为将没有反应的燃料和气体副产品的混合物冷却到预定温度。
在一些实施例中，第二气体/液体分离单元包括疏水膜，构造为将没有反应的氧化气体与液体副产品分离。在一些实施例中，液体副产品包括水。
一些实施例还包括安装在燃料电池主体和第二气体/液体分离单元之间的第二重复利用管线上的冷凝器，其中冷凝器构造为以预定的压力从没有反应的氧化气体的混合物凝缩出液体副产品。
一些实施例还包括以预定间隔设置在缓冲管线上的多个疏水膜。
一些实施例还包括安装在第三重复利用管线上的流体泵，构造为以预定的压力给燃料电池主体供给没有反应的燃料和液体副产品的混合物。
一些实施例还包括安装在第三重复利用管线上的亲水膜。
在一些实施例中，缓冲管线包括可变体积的构件，该构件包括弹性材料。
一些实施例还包括构造为用于给燃料电池主体供给含氢燃料的燃料供给单元，以及用于给燃料电池主体供给含氧的氧化气体的氧化气体供给单元，其中燃料供给单元流体连接到缓冲管线，由此将含氢燃料供入缓冲管线中。
附图说明
图1是根据本发明第一示范性实施例的燃料电池系统的示意图。
图2是根据本发明第二示范性实施例的燃料电池系统的示意图。
图3是根据本发明第三示范性实施例的燃料电池系统的示意图。
图4是根据本发明第四示范性实施例的燃料电池系统的示意图。
图5是根据本发明第五示范性实施例的燃料电池系统的示意图。
图6是根据本发明第六示范性实施例的燃料电池系统的示意图。
图7是图解图1的燃料电池系统安装在膝上型计算机中作为电源时，燃料电池系统的方位无关试验结果的图线。
具体实施方式
在下文，将参考示出了示范性实施例的附图来更加全面地描述一些实施例。本领域的技术人员会认识到，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，而都没有脱离本发明的精神或范围。
图1是根据本发明第一示范性实施例的燃料电池系统100的示意图。
如图1所示，本发明第一示范性实施例的燃料电池系统100设计为将电化学反应利用后从燃料电池主体排放出来的流体分离成液体和气体，并且防止分离的液体和气体泄漏到外面和彼此再混合。
燃料电池主体110通过氢和氧之间的电化学反应产生电能。燃料电池主体110包括至少一个单元电池，它是产生电能的最小单元。
通常，燃料电池主体110是依次堆叠的几个或者几十个单元电池的集合体。端板(未示出)分别连接到燃料电池主体110的集合体的相对端。如上所述的燃料电池主体110也称为“燃料电池堆(fuel cell stack)”。
燃料供给单元120给燃料电池主体110供给含氢的燃料。燃料可以是羟基燃料(例如，LNG(液化天然气)或者LPG(液化石油气))。可选择地，纯氢可以用作燃料。燃料供给单元120包括用于存储含氢燃料的燃料罐121以及用于以预定压力供给燃料的第一燃料泵122。燃料供给单元20还可以包括附加元件，例如依照燃料类型的燃料重整器。
氧化气体供给单元130给燃料电池主体110提供含氧的氧化气体。大气中的氧可以用作氧化气体。就是说，氧化气体供给单元130采用诸如气泵的装置将来自大气的空气供给燃料电池主体110。
含氢燃料通过燃料电池主体110的阳极进口111引入燃料电池主体110。燃料在燃料电池主体110中用于电化学反应后，接着通过燃料电池主体110的阳极出口113排放到燃料电池主体110的外面。通过燃料电池主体110的阳极出口113排放的流体包括在电化学反应中产生的没有反应的燃料和二氧化碳(CO2)。为了最大化地利用含氢燃料，燃料电池系统100通过阳极进口111将没有反应的燃料循环到燃料电池主体110。
用作氧化气体的空气通过阴极进口112引入燃料电池主体110中。空气在燃料电池主体110中用于电化学反应后，接着通过燃料电池主体110的阴极出口114排放。通过燃料电池主体110的阴极出口114排放的流体包括反应过的空气和电化学反应中产生的湿气(水蒸汽)。燃料电池系统100在将包含在流体中的湿气凝缩成液体水后重复利用包含在流体中的湿气。就是说，燃料电池系统100将诸如水的液化副产品与没有反应的燃料混合，并且将所形成的混合物通过阳极进口111供给燃料电池主体110。
具体地讲，第一重复利用管线140从燃料电池主体110的阳极出口113延伸出来，并且流体连接到缓冲管线160。具有疏水膜的第一气体/液体分离单元141安装在第一重复利用管线140上。疏水膜是薄膜，其不吸收诸如水的液体，而允许气体选择性通过，由此使液体和气体彼此分离。也就是，第一气体/液体分离单元141采用疏水膜从反应的燃料中分离出二氧化碳，并且将分离出来的二氧化碳排放到外面。
第二重复利用管线150从燃料电池主体110的阴极出口114延伸出来，并且流体连接到缓冲管线160。具有疏水膜的第二气体/液体分离单元151安装在第二重复利用管线150上。第二气体/液体分离单元151采用疏水膜将诸如水的液体副产品与没有反应的空气分离，并且将分离的没有反应的空气排放到外面。
缓冲管线160包括蛇管线(serpentine pipe line)，它可以紧凑地设置在预定的空间中。缓冲管线160从第二重复利用管线150延伸出来，流体连接到第一重复利用管线140。没有反应的燃料通过第一重复利用管线140引入缓冲管线160，并且诸如水的液体副产品通过第二重复利用管线150引入缓冲管线160。然后，没有反应的燃料和液体副产品在缓冲管线160中彼此混合，缓冲管线160可以填充有预定量的流体。来自氧化气体供给单元130的压力以及在第二气体/液体分离单元151中分离没有反应的空气时所产生的压力驱动水通过缓冲管线160。通过流体副产品沿着缓冲管线160流动时产生的压力差将来自第一重复利用管线140的没有反应的燃料吸入缓冲管线160中。
缓冲管线160流体连接到朝着燃料电池主体110的阳极进口111延伸的第三重复利用管线170。然后，没有反应的燃料和液体副产品从缓冲管线160引到第三重复利用管线170，从而通过阳极进口111将它们引入燃料电池主体110中。
在上述实施例中，燃料电池系统100不像通常的燃料电池系统那样需要单独的燃料罐，而是将燃料存入缓冲管线160中。因为缓冲管线160弯曲成蛇形图案，所以它占据最小的空间，并且在其中存储预定量的没有反应的燃料和液体副产品，即水。在燃料电池系统100中，因为通过第一和第二液体/气体分离单元141和151消除了气体，所以缓冲管线160填充了没有反应的燃料和液体副产品。因此，甚至在燃料电池系统100摇动或者转动时，液化流体也不泄漏，并且不与气体混合。就是说，燃料电池系统100具有方位无关的性能。在这一点上，从燃料电池主体110排放的没有反应的燃料和液体副产品的量根据燃料电池主体110的输出性能而变化。考虑到燃料电池主体110的输出性能，缓冲管线160的长度提供预定的体积。
为了保持无向性，缓冲管线160均匀地填充有预定量的没有反应的燃料和液体副产品。燃料电池系统100包括以预定间隔布置在缓冲管线160上的多个液体检测传感器161。液体检测传感器161检测是否在缓冲管线160中存在液化流体，并且产生不同的信号。通过阻抗或者折射系数检测液化流体的传感器可以用作流体检测传感器161。流体检测传感器161设计为甚至在燃料电池系统100摇动或者转动时也能检测液化流体。就是说，流体检测传感器161也具有无向性。流体检测传感器161的每一个都检测是否没有反应的燃料和液体副产品存在于预定的位置，并且还检测是否预定量的没有反应的燃料和液体副产品保持在缓冲管线160中。
燃料电池系统100还包括安装在第三重复利用管线170上的流体泵171。流体泵171将没有反应的燃料和混有液体副产品的液体以预定的压力抽吸到阳极进口111。
图2是根据本发明第二示范性实施例的燃料电池系统200的示意图。
如图2所示，与图1的燃料电池系统相类似，根据本发明第二示范性实施例的燃料电池系统包括燃料电池主体210、燃料供给单元220和氧化气体供给单元230。
根据图2的燃料电池系统200的特征，在第一重复利用管线240上安装冷却器242。就是说，冷却器242安装在燃料电池主体210和第一气体/液体分离单元241之间，以冷却包含没有反应的燃料和二氧化碳的流体到预定温度。然后，没有反应的燃料更快地液化，并且因此第一气体/液体分离单元241可以更加有效地将没有反应的燃料与二氧化碳气体副产品分离。
燃料电池系统200还包括安装在第二重复利用管线250上的冷凝器252。就是说，冷凝器252安装在燃料电池主体210和第二气体/液体分离单元251之间，以凝缩没有反应的空气和水蒸气的混合物到预定压力。冷凝器252通过变化饱和蒸汽压力可以更加有效地将水蒸气凝缩为液体水。作为液体副产品的水与来自第一重复利用管线240的没有反应的燃料在缓冲管线260中混合。
图3是根据本发明第三示范性实施例的燃料电池系统300的示意图。
如图3所示，与图2的燃料电池系统200相类似，根据本发明第三示范性实施例的燃料电池系统300包括燃料单元主体310、燃料供给单元320和氧化气体供给单元330。冷却器342和第一气体/液体分离单元341安装在第一重复利用管线340上。因此，燃料电池系统300能更加有效地将没有反应的燃料与二氧化碳气体副产品分离。第二气体/液体分离单元351和冷凝器352安装在第二重复利用管线350上。因此，没有反应的空气和水能更加有效地彼此分离。
具体地讲，一个或多个疏水膜361以预定间隔安装在缓冲管线360中。诸如二氧化碳或没有反应的空气的气态流体(gaseous fluid)可能在第一和第二气体/液体分离单元341和351中不完全分离。因此，缓冲管线360可能包含一些气体。安装在缓冲管线360中的疏水膜361还有效地分离出小量的气体，例如二氧化碳或没有反应的空气。缓冲管线360是蛇形的，并且因此疏水膜361能以预定间隔更加有效地安装在缓冲管线360中。
图4是根据本发明第四示范性实施例的燃料电池系统400的示意图。
如图4所示，与图2的燃料电池系统相类似，根据本发明第四示范性实施例的燃料电池系统400包括燃料电池主体410、燃料供给单元420和氧化气体供给单元430。冷却器442和第一气体/液体分离单元441安装在第一重复利用管线440上。因此，燃料电池系统400能更加有效地将没有反应的燃料与二氧化碳气体副产品分离。第二气体/液体分离单元451和冷凝器452安装在第二重复利用管线450上。因此，没有反应的空气和水能更加有效地彼此分离。
具体地讲，亲水膜(hydrophilic membrane)462安装在第三重复利用管线中。亲水膜462是对诸如水的液体副产品具有亲和力的薄膜。
通过氧化气体供给单元430施加的气压，没有反应的燃料和水能有效地沿着缓冲管线460和第三重复利用管线朝着燃料电池主体410流动。然而，当燃料电池系统400用作便携式电源时，燃料电池系统400会翻转或者旋转，并且因此燃料电池系统400的运行条件会频繁变化。当燃料电池系统400翻转或者旋转时，没有反应的燃料和水的流动会颠倒，即，从燃料电池主体410流走。考虑到上述情况，燃料电池系统400设计为使得没有反应的燃料和水由亲水膜462临时存储在缓冲管线460中，这使其只在一个方向上流动。
作为替换，燃料电池系统400可以设计为利用毛细现象使得没有反应的燃料和水仅在第三重复利用管线中的一个方向上流动。
图5是根据本发明第五示范性实施例的燃料电池系统500的示意图。
如图5所示，与图2的燃料电池系统相类似，根据本发明第五示范性实施例的燃料电池系统500包括燃料电池主体510、燃料供给单元520和氧化气体供给单元530。冷却器542和第一气体/液体分离单元541安装在第一重复利用管线540上。因此，燃料电池系统500能更加有效地将没有反应的燃料与二氧化碳气体副产品分离。第二气体/液体分离单元551和冷凝器552安装在第二重复利用管线550上。因此，没有反应的空气和水彼此可以更加有效地分离。
具体地讲，可变构件560(variable member)设置在第二重复利用管线550的特定位置。可变构件560包括体积(volume)可变的弹性材料。第一重复利用管线540流体连接到第二重复利用管线550的可变构件560的上游。然后，没有反应的燃料和水在预定的体积范围内可以在可变构件560中彼此混合。如上所述，本示范性实施例的燃料电池系统500采用可变构件560代替采用图1至4的缓冲管线160、260、360和460同样可以实现方位无关的性能。
图6是根据本发明第六示范性实施例的燃料电池系统600的示意图。
如图6所示，与图2的燃料电池系统相类似，根据本发明第六示范性实施例的燃料电池系统600包括燃料电池主体610、燃料供给单元620和氧化气体供给单元630。冷却器642和第一气体/液体分离单元641安装在第一重复利用管线640上。因此，燃料电池系统600能更加有效地将没有反应的燃料与二氧化碳气体副产品分离。第二气体/液体分离单元651和冷凝器652安装在第二重复利用管线650上。因此，没有反应的空气和水能更加有效地彼此分离。
根据本示范性实施例的特征，燃料供给单元620流体连接到缓冲管线660。在本示范性实施例中，燃料供给单元620通过燃料供给管线623给缓冲管线660供给含氢燃料，如图6所示。然后，来自燃料电池主体610的没有反应的燃料、液体水副产品和从燃料供给单元620供给的燃料能更加有效地在缓冲管线660中彼此混合，并且所形成的混合物通过阳极进口引入燃料电池主体610中。
图7是图解装有图1的燃料电池系统作为电源的膝上计算机的方位无关实验结果的图线。
在该实验中，测量了图1的燃料电池系统的功率(W)、电压(V)和外部负荷。膝上计算机的位置坐标轴通过每小时(60分钟)转动该膝上计算机来变化。如图7的图线所示，功率W、电压V和外部负荷保持一致而不随方位显著变化。
该结果显示，即使在燃料电池系统100用作移动装置的便携式电源时，诸如水的液体副产品也不泄漏到燃料电池系统100的外面，并且燃料电池系统的功率输出也不恶化。就是说，该示范性实施例的燃料电池系统具有极好的无向性。
根据本发明，燃料电池系统包括将从燃料电池主体排放出来的流体分离成液体和气体的缓冲管线，并且防止该液体和气体泄漏，还防止该液体和气体彼此再混合。因此，能改善燃料电池系统的无向性，并且因此该燃料电池系统能广泛地用作便携式电源或者小型电源。
尽管结合当前考虑到的实际的示范性实施例已经描述一些实施例，但是应当理解的是本发明不限于此，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (13)

1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池主体，构造为容放含氢的燃料，并且构造为容放含氧的氧化气体，还构造为通过该氢和该氧之间的电化学反应来产生电能；
第一气体/液体分离单元，安装在从该燃料电池主体的阳极出口延伸出来的第一重复利用管线上，其中该第一气体/液体分离单元构造为将通过该阳极出口排放出来的没有反应的燃料与气体副产品分离；
第二气体/液体分离单元，安装在从该燃料电池主体的阴极出口延伸出来的第二重复利用管线上，其中该第二气体/液体分离单元构造为将通过该阴极出口排放出来的没有反应的氧化气体与液体副产品分离；以及
缓冲管线，流体连接到该第一和第二重复利用管线，构造为容放和混合来自该第一和第二重复利用管线的没有反应的燃料和液体副产品，并且流体连接到与该燃料电池主体的阳极进口流体连接的第三重复利用管线，该第三重复利用管线构造为将从该缓冲管线进入该燃料电池主体的该没有反应的燃料和该液体副产品引导进入该阳极进口，
其中该缓冲管线包括蛇形部分，并且紧凑地设置在预定的空间中。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括安装在该缓冲管线上的多个液体检测传感器。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该第一气体/液体分离单元包括疏水膜，构造为将该没有反应的燃料与该气体副产品分离。
4.如权利要求3所述的燃料电池系统，其中该气体副产品包括二氧化碳。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括安装在该燃料电池主体与该第一气体/液体分离单元之间的该第一重复利用管线上的冷却器，其中该冷却器构造为将该没有反应的燃料和该气体副产品的混合物冷却到预定的温度。
6.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该第二气体/液体分离单元包括疏水膜，构造为将该没有反应的氧化气体与该液体副产品分离。
7.如权利要求6所述的燃料电池系统，其中该流体副产品包括水。
8.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括安装在该燃料电池主体和该第二气体/液体分离单元之间的该第二重复利用管线上的冷凝器，其中该冷凝器构造为在预定的压力下从该没有反应的氧化气体的混合物中凝缩出液体副产品。
9.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括以预定的间隔设置在该缓冲管线上的多个疏水膜。
10.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括安装在该第三重复利用管线上的流体泵，构造为以预定的压力将该没有反应的燃料和该液体副产品的混合物提供给该燃料电池主体。
11.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括安装在该第三重复利用管线上的亲水膜。
12.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该缓冲管线包括具有可变体积的构件，其包括弹性材料。
13.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括构造为给该燃料电池主体供给该含氢的燃料的燃料供给单元，以及构造为给该燃料电池主体供给该含氧的氧化气体的氧化气体供给单元，其中该燃料供给单元流体连接到该缓冲管线，从而将该含氢的燃料供入该缓冲管线中。
CN2009100029808A 2008-01-24 2009-01-23 燃料电池系统 Expired - Fee Related CN101494291B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR7518/08 2008-01-24
KR1020080007518A KR100982324B1 (ko) 2008-01-24 2008-01-24 연료전지 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101494291A CN101494291A (zh) 2009-07-29
CN101494291B true CN101494291B (zh) 2011-10-12

Family

ID=40612999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2009100029808A Expired - Fee Related CN101494291B (zh) 2008-01-24 2009-01-23 燃料电池系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8148022B2 (zh)
EP (1) EP2083467A1 (zh)
JP (1) JP5208612B2 (zh)
KR (1) KR100982324B1 (zh)
CN (1) CN101494291B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100982324B1 (ko) 2008-01-24 2010-09-15 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템
CN103066307B (zh) * 2013-01-15 2015-05-20 中国科学院长春应用化学研究所 一种自呼吸直接甲醇燃料电池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1691436A1 (en) * 2003-10-24 2006-08-16 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Saddle riding-type vehicle

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5773162A (en) 1993-10-12 1998-06-30 California Institute Of Technology Direct methanol feed fuel cell and system
DE10040088A1 (de) * 2000-08-16 2002-04-25 Siemens Ag Verfahren zum Betrieb eines Brennstoffzellensystems und zugehörige Brennstoffzellenanlage
US6869716B2 (en) 2001-06-14 2005-03-22 Mti Microfuel Cells Inc. Flow through gas separator
US6727016B2 (en) * 2001-08-09 2004-04-27 Motorola, Inc. Direct methanol fuel cell including a water recovery and re-circulation system and method of fabrication
US6942718B1 (en) * 2002-01-31 2005-09-13 Ball Aerospace & Technologies Corp. Orientation insensitive combined liquid reservoir and gas/liquid separator
JP3748417B2 (ja) * 2002-03-29 2006-02-22 株式会社東芝 直接型液体燃料燃料電池発電装置およびその制御方法
US20040062980A1 (en) * 2002-09-30 2004-04-01 Xiaoming Ren Fluid management component for use in a fuel cell
KR100528340B1 (ko) * 2003-10-01 2005-11-15 삼성에스디아이 주식회사 액체연료 혼합장치 및 이를 적용한 직접액체연료 전지
JP3889002B2 (ja) 2004-01-07 2007-03-07 松下電器産業株式会社 燃料電池
JP4550491B2 (ja) * 2004-06-15 2010-09-22 ヤマハ発動機株式会社 燃料電池システムおよびそれを用いた輸送機器
US20080233437A1 (en) * 2004-04-01 2008-09-25 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Fuel Cell System and Control Method Therefor
JP2006004785A (ja) * 2004-06-18 2006-01-05 Konica Minolta Holdings Inc 送液方法、液体混合方法、送液装置、液体混合装置及び燃料電池装置
KR100612912B1 (ko) * 2004-12-15 2006-08-14 삼성에스디아이 주식회사 직접액체연료전지용 연료공급장치
US7465504B2 (en) * 2004-12-27 2008-12-16 Panasonic Corporation Direct oxidation fuel cell and system operating on concentrated fuel using low oxidant stoichiometry
US20070087234A1 (en) * 2005-10-18 2007-04-19 Chao-Yang Wang Dual-pump anode system with circulating liquid for direct oxidation fuel cells
DE602006016389D1 (de) * 2005-10-20 2010-10-07 Samsung Sdi Co Ltd Teilpassives Brennstoffzellensystem
KR20070081285A (ko) 2006-02-10 2007-08-16 삼성에스디아이 주식회사 연료전지용 기액분리장치
US7749633B2 (en) * 2006-02-28 2010-07-06 Samsung Sdi Co., Ltd. Mixing tank for fuel cell system
US7931992B2 (en) * 2006-04-06 2011-04-26 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell system
TW200820480A (en) * 2006-10-16 2008-05-01 Asia Vital Components Co Ltd Fuel cell unit with reserved signal pin
KR100982324B1 (ko) 2008-01-24 2010-09-15 삼성에스디아이 주식회사 연료전지 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1691436A1 (en) * 2003-10-24 2006-08-16 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Saddle riding-type vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
KR100982324B1 (ko) 2010-09-15
CN101494291A (zh) 2009-07-29
EP2083467A1 (en) 2009-07-29
US20090191445A1 (en) 2009-07-30
JP2009176710A (ja) 2009-08-06
JP5208612B2 (ja) 2013-06-12
US8148022B2 (en) 2012-04-03
KR20090081574A (ko) 2009-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6924054B2 (en) Fuel supply for a fuel cell
CN100573993C (zh) 燃料电池罐及膜电极组件组
US7205060B2 (en) Method and system for controlling fluid delivery in a fuel cell
US7489859B2 (en) Fuel storage devices and apparatus including the same
CN100576615C (zh) 发电模块、系统、发电模块的驱动方法
US8034501B2 (en) Passive cooling system for fuel cell stack
WO2005077760A1 (en) Datum based interchangeable fuel cell cartridges
CN101494291B (zh) 燃料电池系统
US20090110974A1 (en) Flow channel and fuel cell system
CN101005141A (zh) 使用丁烷的燃料电池系统
KR100745334B1 (ko) 연료 전지 시스템
EP1919020A1 (en) Apparatus for supplying water in a fuel cell system
CN107078321A (zh) 用于燃料电池的多种可重整燃料输送系统和方法
US20090110982A1 (en) Sensing pipe and fuel cell system using the same
EP1959515B1 (en) Fuel cartridge and fuel cell using the same
US20060292422A1 (en) Fuel tank and fuel cell system including the same
KR20070031356A (ko) 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20111012

Termination date: 20160123

EXPY Termination of patent right or utility model