CN1372344A - 燃料电池发电系统 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的燃料电池发电系统,一隔壁1将外壳2的内部分隔成一气体通道室3和一无气体室4,可燃气体流过的组件位于气体通道室3内,构成气体通道室3的外壳2的一部分框架组件设有气体通道室的入口12a和12b、气体通道室的出口13和一换气扇14,可燃气体不流过的组件位于无气体室4内,无气体室4的外壳2的一部分框架组件设有无气体室的入口20,以使鼓风机入口21通向无气体室4的内部,而空气出口22通向外壳2的外部。

Description

燃料电池发电系统
技术领域
本发明涉及燃料电池发电系统，其中通过氢气和氧气的反应来发电的燃料电池安装在外壳内。
背景技术
例如，在日本专利公开No.5-290868和日本专利公开No.4-75263中揭示了一种传统的燃料电池发电系统。
本文将援引日本专利公开No.5-290868和日本专利公开No.4-75263的全部揭示作为参考。
图2示出了日本专利公开No.5-290868的结构，该结构可作为传统实例1。在图2中，标号51表示一外壳，该外壳的内部被一隔壁52分隔成一电气装置室53和一高温装置室54。一控制单元55安装在电气装置室53内，而一重整器(reformer)58和一燃料电池本体61安装在高温装置室54内，该重整器包括一助燃风机56和一重整器的出口57，该燃料电池本体61包括一鼓风机59和一电池出口60。标号62表示在电气装置室53为外壳51设置的一换气孔，而标号63表示可使空气流过电气装置室53和高温装置室54的一通风孔。
根据传统示例1的这种结构，重整器58提供的氢气与鼓风机59提供的氧气产生的反应可使燃料电池本体61发电，助燃风扇56和鼓风机59提供的用于引起重整反应的空气从换气孔62处吸入，并通过电气装置室53、通风孔63和高温装置室54，于是该循环空气使控制单元55冷却。重整器58中燃烧后得到的废气从重整器的出口57处排入外壳51的外部，而燃料电池本体61中反应后得到的废气从电池出口60处排入外壳51的外部。
图3示出了日本专利公开No.4-75263的结构，该结构可作为传统实例2。在图3中，标号71表示一外壳，该外壳包括通过一气流导管74相互连接的一上游外壳室72和一下游外壳室73。一控制单元75安装在上游外壳室72内，而一重整器77和一燃料电池本体79安装在下游外壳室73内，该重整器包括一助燃风机78，该燃料电池本体包括一鼓风机73。标号80表示为上游外壳室72设置的一换气扇，而标号81表示为下游外壳室73设置的一出口。
根据传统示例2的这种结构，重整器77提供的氢气与鼓风机78提供的氧气产生的反应可使燃料电池本体79发电。换气扇80提供的外部空气流过上游外壳室72、气流导管74和下游外壳室73，并从出口81排出。所述循环空气使控制单元75冷却。
在上述传统示例1的燃料电池发电系统中，如果诸如原料气体和氢气的可燃气体从重整器58或燃料电池本体61中泄漏出来，泄漏的可燃气体通过助燃风扇56被吸入重整器58或者通过鼓风机59被吸入燃料电池本体61，在重整器58或者燃料电池本体61内形成非正常燃烧。此外，发生最严重的情况下，爆炸的可能性不能避免。
在上述传统示例2的燃料电池发电系统中，如果诸如原料气体和氢气的可燃气体从重整器77或燃料电池本体79中泄漏出来，通过换气风扇80将可燃气体从出口81中排出，从而保障了其安全性。然而，换气风扇80排出外壳整个空间中存在的空气并要求有很大的容量来冷却控制单元75。因此，与本示例相关的问题就在于电力消耗的增加导致燃料电池发电系统的效率的降低。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种燃料电池发电系统，该系统消除发生爆炸或异常燃烧的可能性以确保其安全性，以及降低换气所需的耗电量以保持其高的效率。
本发明的第一发明是一种燃料电池发电系统，它包括：
一第一室和一第二室，用一隔壁分隔外壳内部可形成所述第一室和第二室；
一重整器，所述重整器位于所述第一室内；
一燃料电池本体，所述燃料电池本体位于所述第一室内；
用于控制所述重整器和/或所述燃料电池本体的一控制单元，所述控制单元位于所述第二室内；以及
用于向所述燃料电池本体提供空气的一鼓风机，所述鼓风机位于所述第二室内，
其中所述第一室的换气和所述第二室的换气是独立完成的。
本发明的第二发明是如第一发明所述的燃料电池发电系统，
其中所述外壳的框架组件的预定部分设有用于所述一第二室的入口，所述外壳构成所述第二室的外壁；
除了设有用于所述第二室的所述入口的所述预定部分以外，构成所述第二室的所述外壁的所述框架组件设有一出口，所述出口用于从所述燃料电池本体向所述外壳的外部排放废气；以及
所述鼓风机的入口通入所述第二室的内部。
本发明的第三发明是如第一发明或第二发明所述的燃料电池发电系统，其中所述外壳的框架组件的预定部分设有用于所述第一室的入口和用于所述第一室的出口，所述外壳构成所述第一室的外壁，以及
用于所述第一室的所述开口设有一换气扇。
本发明的第四发明是如第三发明所述的燃料电池发电系统，其中所述重整器和/或所述燃料电池本体位于用于所述第一室的所述出口与用于所述第一室的所述入口之间。
本发明的第五发明是如第三发明所述的燃料电池发电系统，其中所述重整器设有一燃烧器，以及
除了所述预定部分以外，构成所述第一室的外壁的一框架组件设有(1)用于助燃风扇的一入口，所述入口可用来向所述燃烧器提供用于燃烧的空气，以及(2)用于所述重整器的一出口，所述出口可用来从所述重整器排放所述燃烧气体。
本发明的第六发明是如第三发明所述的燃料电池发电系统，其中用于探测可燃气体的可燃气体探测器设置在所述换气扇的所述附近。
附图说明
图1是本发明的实施例1、2、3和4的燃料电池发电系统的框图；
图2是传统实例1的燃料电池发电系统的框图；
图3是传统实例2的燃料电池发电系统的框图。
符号叙述
1  隔壁
2  外壳
3  气体通道室
4  无气体室
5  重整器
6  燃料电池本体
8  助燃风扇的入口
10 燃烧器
11 重整器的出口
12a气体通道室的入口
12b气体通道室的入口
13 气体通道室的出口
14 换气扇
15 控制单元
16 鼓风机
19 冷凝器
20 无气体室的入口
21 鼓风机入口
22 空气出口
27 可燃气体探测器
具体实施方式
下面将结合图1来叙述本发明的燃料电池发电系统。
(实施例1)
图1是本发明的实施例1的燃料电池发电系统的框图。
在图1中，标号1表示一隔壁，该隔壁将外壳2的内部分隔成一气体通道室3和一无气体室4。可燃气体流过的组件(例如重整器5和燃料电池本体6)位于气体通道室3内。
重整器5设有原料气体管道7、配备燃烧入口8和助燃风扇9的一燃烧器10以及一重整器的出口11。外壳2构成气体通道室3的外壁，该外壳的框架组件的预定部分设有气体通道室的入口12a、12b、气体通道室的出口13和换气扇14。
通过水管17a与供水装置18相连的组件(例如控制单元15、鼓风机16和冷凝器19)位于无气体室4内。可燃气体不流过这些组件。
无气体室的入口20设置在外壳2的框架组件的预定部分上，该外壳构成无气体室4的外壁，鼓风机16的鼓风机入口21通向无气体室4，而冷凝器19的空气出口22可以通向外壳2的外部。
气体通道室3中的燃料电池本体6通过氢气管道23与重整器5相连，并且还通过废氢气管道24与燃烧器10相连。另外，燃料电池本体6分别通过空气管道25和废气管道26与鼓风机16和冷凝器19相连，所述管道通过隔壁1。
一供水装置18借助通过隔壁1的水管17b与重整器5相连。
在该情况下，本发明的第一室与气体通道室3对应，而本发明的第二室与无气体室4对应。用于本发明的第二室的入口与无气体室的入口20对应，用于本发明的第一室的若干入口与气体通道室的入口12a和12b对应，用于本发明的第一室的出口与气体通道室的出口13对应。
下面将叙述上述燃料电池发电系统的操作。
原料气体管道提供的原料气体(例如甲烷)在重整器5中的燃烧器10处进行加热，经重整反应后转变为氢气，所述氢气通过水管23提供给燃料电池本体6。
另一方面，鼓风机16供给的空气通过空气管道25提供给燃料电池本体6，提供的氢气和空气中的氧气可相互反应以便发电。
未用于反应的剩余氢气(废氢气)通过废氢气管道24提供给燃烧器10，并被用作加热燃料用于重整反应。
废气含有反应产生的水和蒸气，通过废气管道26将该废气引导至冷凝器19，并且在水与废气分离之后，从空气出口22处排放该废气。将冷凝器中分离的水通过水管17a和17b从供水装置18向重整器5供给，并用作重整反应的材料。
控制单元15可引导所述一系统的操作。可以用液体燃料(例如甲醇)来代替原料气体。
此时，由于从气体通道室的入口12a、12b处吸入外部空气，因此气流产生在气体通道室3内，然后用换气扇14将所述外部空气排出气体通道室的出口13。
因此，如果可燃气体(例如原料气体或氢气)漏出可燃气体流动组件(例如重整器5或燃料电池本体6)，渗漏的可燃气体立即被排出外壳2，因此不会由于可燃气体流入重整器5或燃料电池本体6而产生爆炸或异常燃烧的危险。另外，用隔壁1将控制单元15分隔开，因而不会由于控制单元15产生火花而带来引燃或爆炸的危险。
由于单元15通常由若干发热组件构成，而且组件(例如半导体器件)的耐热温度较低，因此需要冷却控制单元15。实施例1的鼓风机入口21通向无气体室4，因而空气从无气体室的入口20流入无气体室4，并且在被吸入鼓风机16之前冷却控制单元15。
由于上述冷却效果，换气扇14只需要为气体通道室3换气，并不需要为无气体室4换气。因此，可降低所需的换气容积，从而降低耗电量，以防止燃料电池发电系统的发电效率降低。
(实施例2)
与实施例1的情况相同，现在将结合附图1来叙述本发明的实施例2。
该实施例的结构基本上与实施例1相同，因而本段将更详细地叙述以下内容。
本段将省略实施例1中已叙述过内容的叙述。
在实施例2中，气体通道室的出口13设有换气扇14，而气体通道室的入口12a和12b设置成充分远离气体通道室的出口13。特别地，如图1所示，外壳2的外壁上的气体通道室的入口12a和12b分别设置于重整器5的下侧和燃料电池本体6的侧面位置。也就是说，重整器5和燃料电池本体6位于气体通道室的出口13(与用于本发明的第一室的出口对应)和气体通道室的入口12a、12b(与用于本发明的第一室的若干入口对应)之间。
倘若多个气体通道室的入口12a、12b设置成充分远离气体通道室的出口13，从气体通道室的入口12a、12b处吸入的外部空气便均匀地流过气体通道室3，并且用换气扇14将所述外部空气排出气体通道室的出口13。因此，即使可燃气体漏出可燃气体流动室，也可以更完整地将渗漏的可燃气体排出外壳2。
尽管该实施例叙述的燃料电池发电系统为气体通道室设置了两个入口，但入口的数量并不是必须多于一个，入口的数量可以是一个、三个或更多。简要地说，只要外部空气均匀地流过气体通道室3，并且换气扇14将所述外部空气从气体通道室的出口13排出，则用于气体通道室的入口的数量并不重要。
(实施例3)
与实施例1和2的情况相同，现在将结合图1来叙述本发明的实施例3。
该实施例的结构基本上与上述实施例相同，因而本段将更详细地叙述以下内容。
本段将省略上述实施例中已叙述过内容的叙述。
在实施例3中，向重整器5的燃烧器10提供用于燃烧的空气的助燃风扇的入口8，和用于排放燃烧气体的重整器的出口11都通向外壳2的外部。
助燃风扇的入口8通向外壳2的外部，即使可燃气体漏出可燃气体流动组件，渗漏的可燃气体也决不会从助燃风扇的入口8流入燃烧器10。因此可以在爆炸或异常燃烧发生之前即加以预防。
(实施例4)
与实施例1至3的情况相同，现在将结合附图1来叙述本发明的实施例4。
该实施例的结构基本上与上述实施例相同，因而本段将更详细地叙述以下内容。
本段将省略上述实施例中已叙述过内容的叙述。
在实施例4中，在换气扇14的附近设置一可燃气体探测器27，由于空气通路室3中的空气彻底地流入换气扇14，并且从空气通路室的出口13处排出，因此即使可燃气体漏出可燃气体流动组件，也能瞬时地探测到可燃气体的渗漏。因此，可以采取诸如停止燃料电池发电系统运行的措施，以便提供更高度的安全性。
尽管上述实施例强调了图1所示的结构，但本发明并不局限于该结构。例如，本发明的燃料电池发电系统的又一第一示例的结构包括：
一第一室和一第二室，用一隔壁分隔外壳内部可形成第一室和第二室；
一重整器，该重整器位于上述第一室内；
一燃料电池本体，该燃料电池本体位于上述第一室内；
用于控制上述重整器和/或上述燃料电池本体的一控制单元，该控制单元位于上述第二室内；以及
用于向上述燃料电池本体提供空气的一鼓风机，该鼓风机位于上述第二室内，
其中上述第一室的换气和上述第二室的换气是独立完成的。
此外，本发明的燃料电池发电系统的又一第二示例的结构包括：除了上述又一示例的结构以外，上述外壳的框架组件的预定部分设有用于一第二室的入口，该外壳构成上述第二室的外壁；
除了设有用于上述第二室的上述的入口的预定部分以外，构成上述第二室的外壁的上述框架组件设有一出口，该出口用于从上述燃料电池本体向上述外壳的外部排放废气；以及
上述鼓风机的入口通向上述第二室的内部。
此外，本发明的又一第三示例可包括上述第一示例或上述第二示例的燃料电池发电系统，上述外壳的框架组件的预定部分设有用于第一室的入口和用于第一室的出口，该外壳构成上述第一室的外壁，以及
上述用于第一室的出口设有一换气扇。
更进一步地说，例如，本发明的又一第四示例可包括上述第三示例的燃料电池发电系统，其中，上述重整器和/或上述燃料电池本体位于第一室的上述出口和第一室的上述入口之间。
更进一步地说，例如，本发明的又一第五示例可包括上述第三或第四示例的燃料电池发电系统，上述重整器设有一燃烧器，以及
除了上述预定部分以外，构成上述第一室的外壁的一框架组件设有(1)用于助燃风扇的一入口，该入口可用来向上述燃烧器提供用于燃烧的空气，以及(2)用于重整器的一出口，该出口可用来从上述重整器排放燃烧气体。
另外，本发明的又一第六示例可包括上述第三、第四或第五示例的燃料电池发电系统，用于探测可燃气体的可燃气体探测器设置在上述换气扇的附近。
与具有上述实施例的结构的情况相同，每种所述示例的燃料电池发电系统可以达到结果是确保其安全性并且不会发生爆炸或异常燃烧，以及降低换气所需的耗电量并使其效率保持在更高的等级。
由于渗漏的可燃气体被立即排出外壳，因此即使在诸如可燃气体漏出可燃气体流动组件时，本发明也具有提高安全性并且消除爆炸或异常燃烧的可能性的效果。
例如，本发明还具有降低换气所需容积并降低耗电量的效果，以防止燃料电池发电系统的发电效率的降低。
例如，本发明还具有在爆炸或异常燃烧发生之前进行预防的效果，并且在可燃气体漏出时不会使可燃气体流入燃烧器。
另外，在探测到可燃气体渗漏之后，可以立即采取诸如停止燃料电池发电系统运行的措施，以使本发明还具有进一步提高安全性的效果。

Claims (6)

1.一种燃料电池发电系统，它包括：
一第一室和一第二室，用一隔壁分隔外壳内部可形成所述第一室和第二室；
一重整器，所述重整器位于所述第一室内；
一燃料电池本体，所述燃料电池本体位于所述第一室内；
一用于控制所述重整器和/或所述燃料电池本体的控制单元，所述控制单元位于所述第二室内；以及
一用于向所述燃料电池本体提供空气的鼓风机，所述鼓风机位于所述第二室内，
其中所述第一室的换气和所述第二室的换气是独立完成的。
2.如权利要求1所述的燃料电池发电系统，其特征在于，
所述外壳的框架组件的预定部分设有用于所述一第二室的入口，所述外壳构成所述第二室的外壁；
除了设有用于所述第二室的所述入口的所述预定部分以外，构成所述第二室的所述外壁的所述框架组件设有一空气出口，所述出口用于从所述燃料电池本体向所述外壳的外部排放废气；以及
所述鼓风机的入口通入所述第二室的内部。
3.如权利要求1或2所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述外壳的框架组件的预定部分设有用于所述第一室的入口和用于所述第一室的出口，所述外壳构成所述第一室的外壁，以及
用于所述第一室的所述出口设有一换气扇。
4.如权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述重整器和/或所述燃料电池本体位于用于所述第一室的所述出口与用于所述第一室的所述入口之间。
5.如权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，所述重整器设有一燃烧器，以及
除了所述预定部分以外，构成所述第一室的外壁的一框架组件设有(1)用于助燃风扇的一入口，所述入口可用来向所述燃烧器提供用于燃烧的空气，以及(2)用于所述重整器的一出口，所述出口可用来从所述重整器排放所述燃烧气体。
6.如权利要求3所述的燃料电池发电系统，其特征在于，用于探测可燃气体的可燃气体探测器设置在所述换气扇的所述附近。
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