CN108987768A - 一种自净化的燃料电池系统及自净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自净化的燃料电池系统及自净化方法，属于新能源利用技术领域，具体用于燃料电池系统内部的自我净化。本发明包括阳极和阴极，阳极和阴极之间形成一个用于存放电解质的容纳空间，其结构特点在于：还包括电力负荷控制装置、超声波发生器、臭氧发生器、超声波传输管道、臭氧传输管道、燃料传输管道和空气传输管道，阳极和阴极均与电力负荷控制装置连接，超声波发生器通过超声波传输管道与阳极连接，臭氧发生器通过臭氧传输管道与阳极连接，燃料传输管道与阳极连接，空气传输管道与阴极连接。延长了燃料电池系统的生命周期，提高了系统运行效率。

Description

一种自净化的燃料电池系统及自净化方法

技术领域

本发明涉及一种自净化的燃料电池系统及自净化方法，属于新能源利用技术领域，具体用于燃料电池系统内部的自我净化。

背景技术

燃料电池系统是一种高效清洁的电化学发电装置，将燃料与氧化剂的化学能通过电化学反应直接转换成电能。相比传统的燃烧发电，燃料电池不受卡诺循环限制，理论效率甚至可接近100%，且由于运行温度较低，氧化氮、氧化硫等燃烧副产物极少，大大降低了对大气的污染。燃料电池已成功应用在航天、船舶、汽车、家用电源和充电设备等领域，然而，由于燃料反应过程中杂质产生及沉淀的原因，使得电极和电解液的状况偏离预期设置，逐渐钝化，效率降低，直至失效。

此外，由于负荷不稳定，燃料电池输出也随之变化。很多副产品是由于燃料电池反应不充分而产生的，频繁地改变运行工况，也将使得燃料电池内部产生更多的杂质，加速了沉淀及钝化的过程，使得这个问题更为严重。

综上所述，目前还没有一种燃料电池系统可以合理，经济，高效的方法去解决电极和电解质钝化的问题。

有鉴于此，在申请号为200610079896.2的专利文献中公开了一种用于净化燃料电池系统的方法，其包括：检测用于停止该燃料电池系统运行的信号；切断该燃料电池系统的电力输出；驱动该燃料电池系统的燃料供应单元的蒸汽发生器一定时间，从而产生蒸汽；确认该燃料电池系统的净化操作是否已完成；以及停止该燃料电池系统，其中该燃料电池系统通过使用由该蒸汽发生器产生的蒸汽进行净化。上述对比文件存在电极和电解质易钝化的缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理的自净化的燃料电池系统及自净化方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该自净化的燃料电池系统，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极之间形成一个用于存放电解质的容纳空间，其结构特点在于：还包括电力负荷控制装置、超声波发生器、臭氧发生器、超声波传输管道、臭氧传输管道、燃料传输管道和空气传输管道，所述阳极和阴极均与电力负荷控制装置连接，所述超声波发生器通过超声波传输管道与阳极连接，所述臭氧发生器通过臭氧传输管道与阳极连接，所述燃料传输管道与阳极连接，所述空气传输管道与阴极连接。延长了燃料电池系统的生命周期，提高了系统运行效率。

进一步地，所述容纳空间内装有电解质。

进一步地，所述阳极、阴极和电解质组成燃料电池。

进一步地，所述超声波发生器和臭氧发生器与一个或多个燃料电池连接。

进一步地，所述超声波发生器和臭氧发生器与一个或多个阳极连接。

进一步地，所述电力负荷控制装置与感应装置连接。

进一步地，所述的自净化的燃料电池系统的自净化方法，其特点在于：所述自净化方法如下：在外部负荷下降时，利用多余电力产生臭氧，在超声波的协助下，去除阳极和阴极上附着物的沉积，进行燃料电池内部自净化，缓解电极钝化现象；臭氧很快会分解为氧气及氧化性极强的氧原子，对于沉淀物杂质有很好的清除作用，臭氧发生器设置在空气进口处，通过高压电离的方式，产生臭氧，沿着臭氧传输管道跟随空气进入电解质，利用臭氧的强氧化性氧化吸附在阳极和阴极上的沉淀物杂质；超声波发生器直接或通过超声波传输管道与燃料电池的阳极和阴极连接，通过高频振动，抖落电极上的附着物，增加氧原子与附着物的接触面，从而增加臭氧的氧化效果；电力负荷控制装置与感应装置连接，根据电力负荷控制装置的外部负荷进行反馈，当外部负荷下降时自动将部分电能用于超声波发生器和臭氧发生器运行，起到削峰填谷，平缓运行的作用；所述超声波发生器和臭氧发生器对应一个或多个燃料电池，通过超声波传输管道和臭氧传输管道传输超声波和臭氧到各个燃料电池上。提高了燃料电池的市场竞争力，有利于大规模推广运行。

进一步地，超声波的频率和强度根据具体的附着物确定，超声波传输管道与所选的超声波参数匹配，减少损耗。

进一步地，臭氧传输管道直接延伸至附着物沉淀严重的阳极附近，提高清除效果。

相比现有技术，本发明具有以下优点：利用臭氧和超声波，去除燃料电池运行过程中在电极和电解液中沉淀的杂质，延长了燃料电池系统的生命周期，提高了系统运行效率。同时，产生臭氧和超声波所需的电力与负荷错峰，起到削峰填谷的作用，使得系统平缓输出，有利于系统内部反应稳定进行，减少副产物，从另一方面减少电极钝化和电解液衰退，综合以上几点改进，本发明所描述的自净化燃料电池系统大大提高了燃料电池的市场竞争力，有利于大规模推广运行。

附图说明

图1是本发明实施例的自净化的燃料电池系统的连接关系示意图。

图中：阳极1、阴极2、容纳空间3、电力负荷控制装置4、超声波发生器5、臭氧发生器6、超声波传输管道7、臭氧传输管道8、燃料传输管道9、空气传输管道10。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1所示，须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中若用引用如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本实施例中的自净化的燃料电池系统，包括阳极1、阴极2、电力负荷控制装置4、超声波发生器5、臭氧发生器6、超声波传输管道7、臭氧传输管道8、燃料传输管道9和空气传输管道10，所述阳极1和阴极2之间形成一个用于存放电解质的容纳空间3；所述容纳空间3内装有电解质。

本实施例中的所述阳极1和阴极2均与电力负荷控制装置4连接，所述电力负荷控制装置4与感应装置连接，所述超声波发生器5通过超声波传输管道7与阳极1连接，所述臭氧发生器6通过臭氧传输管道8与阳极1连接，所述燃料传输管道9与阳极1连接，所述空气传输管道10与阴极2连接；所述阳极1、阴极2和电解质组成燃料电池；所述超声波发生器5和臭氧发生器6与一个或多个燃料电池连接，通常情况下所述超声波发生器5和臭氧发生器6与一个或多个阳极1连接。

本实施例中的自净化的燃料电池系统的自净化方法，如下：在外部负荷下降时，利用多余电力产生臭氧，在超声波的协助下，去除阳极1和阴极2上附着物的沉积，进行燃料电池内部自净化，缓解电极钝化现象；臭氧很快会分解为氧气及氧化性极强的氧原子，对于沉淀物杂质如碳等，有很好的清除作用，臭氧发生器6设置在空气进口处，通过高压电离的方式，产生臭氧，沿着臭氧传输管道8跟随空气进入电解质，利用臭氧的强氧化性氧化吸附在阳极1和阴极2上的沉淀物杂质；超声波发生器5直接或通过超声波传输管道7与燃料电池的阳极1和阴极2连接，通过高频振动，抖落电极上的附着物，增加氧原子与附着物的接触面，从而增加臭氧的氧化效果；电力负荷控制装置4与感应装置连接，根据电力负荷控制装置4的外部负荷进行反馈，当外部负荷下降时自动将部分电能用于超声波发生器5和臭氧发生器6运行，起到削峰填谷，平缓运行的作用；所述超声波发生器5和臭氧发生器6对应一个或多个燃料电池，通过超声波传输管道7和臭氧传输管道8传输超声波和臭氧到各个燃料电池上。

本实施例中的超声波的频率和强度根据具体的附着物确定，超声波传输管道7与所选的超声波参数匹配，减少损耗。

本实施例中的臭氧传输管道8直接延伸至附着物沉淀严重的阳极1附近，提高清除效果。

本实施例中，如自净化的燃料电池系统与其他能源系统组合，作为分布式能源系统多联供的组成部分，即便燃料电池不运行，也可采用其他能源多余的电力进行燃料电池的净化，尤其优先利用风能、太阳能这些间歇性能源，减少燃料消耗。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自净化的燃料电池系统，包括阳极和阴极，所述阳极和阴极之间形成一个用于存放电解质的容纳空间，其特征在于：还包括电力负荷控制装置、超声波发生器、臭氧发生器、超声波传输管道、臭氧传输管道、燃料传输管道和空气传输管道，所述阳极和阴极均与电力负荷控制装置连接，所述超声波发生器通过超声波传输管道与阳极连接，所述臭氧发生器通过臭氧传输管道与阳极连接，所述燃料传输管道与阳极连接，所述空气传输管道与阴极连接。

2.根据权利要求1所述的自净化的燃料电池系统，其特征在于：所述容纳空间内装有电解质。

3.根据权利要求2所述的自净化的燃料电池系统，其特征在于：所述阳极、阴极和电解质组成燃料电池。

4.根据权利要求3所述的自净化的燃料电池系统，其特征在于：所述超声波发生器和臭氧发生器与一个或多个燃料电池连接。

5.根据权利要求1所述的自净化的燃料电池系统，其特征在于：所述超声波发生器和臭氧发生器与一个或多个阳极连接。

6.根据权利要求1所述的自净化的燃料电池系统，其特征在于：所述电力负荷控制装置与感应装置连接。

7.一种如权利要求1-6中任一权利要求所述的自净化的燃料电池系统的自净化方法，其特征在于：所述自净化方法如下：在外部负荷下降时，利用多余电力产生臭氧，在超声波的协助下，去除阳极和阴极上附着物的沉积，进行燃料电池内部自净化，缓解电极钝化现象；臭氧很快会分解为氧气及氧化性极强的氧原子，对于沉淀物杂质有很好的清除作用，臭氧发生器设置在空气进口处，通过高压电离的方式，产生臭氧，沿着臭氧传输管道跟随空气进入电解质，利用臭氧的强氧化性氧化吸附在阳极和阴极上的沉淀物杂质；超声波发生器直接或通过超声波传输管道与燃料电池的阳极和阴极连接，通过高频振动，抖落电极上的附着物，增加氧原子与附着物的接触面，从而增加臭氧的氧化效果；电力负荷控制装置与感应装置连接，根据电力负荷控制装置的外部负荷进行反馈，当外部负荷下降时自动将部分电能用于超声波发生器和臭氧发生器运行，起到削峰填谷，平缓运行的作用；所述超声波发生器和臭氧发生器对应一个或多个燃料电池，通过超声波传输管道和臭氧传输管道传输超声波和臭氧到各个燃料电池上。

8.根据权利要求7所述的自净化的燃料电池系统的自净化方法，其特征在于：超声波的频率和强度根据具体的附着物确定，超声波传输管道与所选的超声波参数匹配，减少损耗。

9.根据权利要求7所述的自净化的燃料电池系统的自净化方法，其特征在于：臭氧传输管道直接延伸至附着物沉淀严重的阳极附近，提高清除效果。