CN1540790A - 燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

一种燃料电池系统，包括存储着包括醚、水和醇的燃料的燃料槽；汽化该燃料的汽化器；将汽化后的燃料重整成富氢气体的重整器；CO去除装置，用于除去富氢气体中的CO气体；和燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应来产生电。

Description

燃料电池系统
本申请以2003年3月31日提交的在先日本专利申请No.P2003-096427和P2003-096436为基础并要求其优先权；上述申请的全部内容引入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，其将燃料重整成富氢的气体，并通过富氢气体与氧反应而发电。
背景技术
根据所采用的电解质的类型，燃料电池分为聚合物电解质燃料电池、磷酸燃料电池、碱性燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固体氧化物燃料电池等。加到燃料电池单元中的氢可以由在重整器中重整成的富氢气体的燃料提供而不是由集气筒提供。至于燃料，可以采用天然气、丙烷气体、甲醇以及类似气体。为将燃料重整成富氢气体，将水和燃料分别加到重整器中，通过采用一种催化剂来产生富氢气体。
然而，近几年的燃料电池系统不必要地显示出用于燃料重整成富氢气体时高的催化活性。因此，增大重整器的尺寸，以提供发电所必需的合适的氢气量由于重整器增大了，使得整个燃料电池系统也增大了。
另外，在这样的燃料电池系统中，需要提供用于重整反应的燃料和水的泵。因此需要留给泵的空间。因为驱动泵的电源可能由燃料电池所产生的电来提供，所以燃料电池发电的总效率将会降低。
本发明用来解决前面的问题。本发明的目的就在于提供一种燃料电池系统，其以小型且简单的结构高效率地将燃料重整为富氢气体，且高效率地发电。
发明概述
本发明的一个方面在于燃料电池系统，包括：存储包括醚、水和醇的燃料的燃料槽；汽化该燃料的汽化器；将汽化后的燃料和水重整成富氢气体的重整器；CO去除装置，用于除去或减少富氢气体中的CO气体；和燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应产生电。
本发明的另一个方面在于燃料电池系统，包括：存储着包括醚的第一燃料的第一燃料槽；存储着包括甲醇和水的第二燃料的第二燃料槽；汽化第二燃料的汽化器；将第一和第二燃料重整成富氢气体的重整器；CO去除装置，用于从富氢气体中除去或减少CO气体；和燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应来产生电。
本发明的另一个方面在于燃料电池系统，包括：存储着包括醚的燃料的第一槽；存储着水的第二槽；存储着氢的第三槽；汽化水的汽化器；重整器用于将燃料、水和氢导入以将该燃料重整成富氢气体；CO去除装置，用于从富氢气体中除去或减少CO气体；和燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应产生电。
本发明的另一个方面在于用于燃料电池系统的燃料，包括：二甲醚；水和5-10wt％的甲醇，其中二甲醚和水的混合比例在1∶3到1∶4的范围内。
本发明的另一个方面在于用于燃料电池单元的燃料槽，包括二甲醚、水和甲醇。
附图说明
图1是表示根据本发明第一实施例的燃料电池系统的框图。
图2是根据本发明第一实施例的燃料槽的剖视图。
图3是根据本发明第一实施例第一改进方式的框图。
图4是根据本发明第一实施例第二改进方式的框图。
图5是表示根据本发明第二实施例的燃料电池系统的示例的框图。
图6是根据本发明第二实施例改进方式的框图。
图7是根据本发明第三实施例的燃料电池系统的示例的框图。
图8是根据本发明第三实施例第一改进方式的框图。
图9是根据本发明第三实施例第二改进方式的框图。
图10是根据本发明第三实施例第三改进方式的框图。
图11是表示根据本发明第四实施例电池燃料系统的示例的框图。
图12是根据本发明第四实施例改进方式的框图。
具体实施方式
将参考附图对本发明各种实施例进行描述。要说明的是相同或相似的标记代表附图中相同或相似的部分及元件，并且省略或简单描述了相同或相似部分及元件的说明。然而，对本领域技术人员来说，很显然没有那些特殊细节本发明也是可以实施的。
(第一实施例)
如图1所示，根据本发明第一实施例的燃料电池系统1a包括燃料槽(第一燃料槽)13，其用于储存包括醚、水、醇的燃料；汽化器17，其用于汽化燃料；重整器11，其用于将汽化的燃料重整成富氢气体；CO去除装置19，其用于除去或减少富氢气体中的CO气体；和燃料电池单元9，用于利用富氢气体和氧的电化学反应发电。
第一燃料槽13是一个可存储包括液体和气体的燃料的容器。如图2所示，第一燃料槽13具有一个用于存储燃料的盒单元131，和一个用于将盒单元135相对于盒单元131固定的保持单元135。从盒单元131突出的凸起131a设置在盒单元131的一端。凸起131a在其外侧壁上具有螺纹用来与保持单元135连接。用于将燃料从盒单元131内部释放出去的开口131b设置在凸起131a的中心。“T”形阀门元件132从第一燃料槽13内部插入到开口131b中。弹簧134的一端固定到阀门元件上。弹簧元件的另一端固定到凸起131a的内壁上。在燃料槽13的内壁上，第一O形环133设置在凸起131a内壁上的小凹槽中。因为阀门元件132受到燃料的压力，并由弹簧134的弹力拉到O形环133处，因此防止存储在盒单元131中的燃料漏出去。
保持单元135具有用于插入凸起131a的凹槽135a，这样可以固定盒单元131。与凸起131连接的螺纹形成在凹槽135a的内壁上。阀门推进单元135b从凹槽135a底面中心处突出出来。将燃料从盒单元131中释放出去的延长单元(producing unit)135c围绕着阀门推进单元135b设置。第二O形环136d设置在凹槽135a底面上的小凹槽中。盒单元131固定到保持单元135上，且通过第二O形环136d彼此密封附着。当盒单元131和保持单元135通过第二O形环136d附着或连接时，阀门推进单元135c向上推动阀门元件132的端部。这样，存储在盒单元131中的燃料被引入延长单元135c或通道中。燃料引到与延长单元135c或通道连接的供给单元136中。
在燃料槽13中，存储着含有醚、水和醇的液体燃料。对于这种燃料，例如，可以向1∶4摩尔比例的二甲醚(DME)和水(H2O)的溶液提供含有大约5％重量的甲醇(CH3OH)的溶液。如下面的化学平衡方程式(1)所示，DME与水以1∶3的摩尔比例进行化学计量比的反应，产生氢(H2)和二氧化碳(CO2)。
              ......(1)为了实现高效率地产生氢，与DME混合的水量需要大约H2O∶DME＝1∶3的化学计量摩尔比例。另外，为了彻底地将DME重整，水和DME的化学计量比可以设定成大于3。因此，需要将DME和水的混合比例设定在1∶3到1∶4摩尔比例范围左右。然而，DME在室温(25℃)只有在大约1∶7摩尔比例时才溶解。因此，加入令DME和水具有更强亲合力力的甲醇使得DME和水在1∶4的摩尔比例时溶解。加入的甲醇的量少于大约10wt％，更优的是在5-10wt％范围。当燃料中的甲醇的量降低到少于5wt％的时候，DME和水将会分成两相。将DME重整成氢的所需燃料比例为大约小于10wt％甲醇，更优的是在5-10wt％范围内。
众所周知，室温(25℃)时DME的蒸汽压力为6atm，这高于大气压力。当DME、水和甲醇的混合溶液作为燃料在室温条件下存储在第一燃料槽13中时，第一燃料槽13中的蒸汽压力依赖于燃料的组成。在5wt％甲醇，与1∶4摩尔比例的DME和水的情况下，第一燃料槽13中会有大约4atm的蒸汽压力产生。
如图1所示，可改变流速的导通程度可变阀门15通过管道与第一燃料槽13的下游侧联接。质量流控制阀门47同联接到导通程度可变阀门15下游侧上的管道联接。联接到质量流控制阀门47上的管道与汽化器17联接。当导通程度可变阀门15和质量流控制阀门47打开时，存储在第一燃料槽13中的燃料混合溶液借助第一燃料槽13中的蒸汽压力主动地供给到汽化器17中。因此，可以省去提供燃料的泵，并且整个系统缩小了，且由此省去用于泵的能源。因为第一燃料槽13中的燃料混合溶液是的液态提供的，因此燃料的混合比例可以在适当的条件下维持不变。
汽化器17通过加热使液态燃料汽化。利用设置在系统外面的加热器或后面将提到的燃烧器23将汽化器17加热到150-250℃。另外，第一燃料槽13中的压力使汽化器17受的压力高于大气压力。汽化器17中的蒸汽燃料经由管道到达重整器11中。
设置重整器11用于让在汽化器17中汽化后的燃料和水反应，并将燃料重整成富氢气体。利用设置在系统外面的加热器(未示出)或燃烧器23将重整器11加热到大约300-400℃，或者更优的是加热到约350℃。“重整催化剂”和“转化催化剂”可以加到重整器中。“重整催化剂”加快燃料的重整反应。“转化催化剂”加快了从CO和H2O产生H2和CO2的转化反应。对于重整催化剂和转化催化剂，可以采用含有氧化铝(Al2O3)以及从铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)和铜(Cu)组中选出的一种金属的催化剂。在如图1所示的重整器中，采用的是含有氧化铝(γ-氧化铝)和Rh的催化剂。另外，含有γ-氧化铝和Cu/Zn的催化剂可以作为转化催化剂加入。
在重整器11中，进行了下面的化学平衡方程式(2)、(3)和(4)
    ......(2)
          ......(3)
       ......(4)
这里，方程式(2)和(3)称作“重整反应”。方程式(4)称作“转化反应”。
通常，方程式(2)表示的DME水解反应的反应速度要低于方程式(3)和(4)表示的反应速度。当来自DME水解反应的水解产物甲醇分解时，会促进方程式(2)表示的DME水解反应。因为氢包含在产品气体中，所以氢原子吸附到催化剂的表面上，并且吸附到催化剂上的氢原子加快了方程式(2)表示的DME水解反应。
因为燃料包括甲醇，所以反应速度快于方程式(2)的反应的方程式(3)的分解反应发生并产生氢。氢提示了反应(2)表示的DME重整反应的效率，改进了从DME到富氢气体的转化。因此，图1中示出的简化结构的燃料电池系统1a在DME到富氢气体的重整反应中可以实现很高的效率。
另外，由于重整催化剂和转化催化剂是混合在一起处于同一容器中的，因此重整反应和转化反应是在同一时间进行的。换句话说，当进行方程式(4)的转化反应时，CO发生反应并被去除了。当重整器11中的CO浓度降低时，加快了方程式(3)的分解甲醇的反应。当甲醇分解反应在重整器11中被加快时，方程式(2)的DME水分解反应也被加快。结果，实现了DME高效重整反应。因此，图1中示出的燃料电池系统1a可以实现燃料到富氢气体的高效重整。而且，由于重整催化剂和转化催化剂处于同一容器中，因此可以使燃料电池系统1a的尺寸最小化。
如方程式(3)所示，重整器11中的重整后气体含有很少量的CO气体。为了除去或减少CO气体，将CO去除装置19联接到重整器11的下游侧上。在CO去除装置中，将进行下列方程式示出的“选择性甲烷化反应”：
  ......(5)
这里，气体中的CO减少到摩尔浓度少于10ppm。可以在CO去除装置19中使用加快CO与H2反应产生CH4和H2O的甲烷化催化剂，该催化剂不会使CO2和H2反应。可以采用钌(Ru)作甲烷化催化剂。需要采用一个与CO除去装置19下游侧联接的背压调节阀49对CO除去装置加压。对背压调节阀49的上游侧可以受压大约3atm。因此，当给CO除去装置19加压时，重整和甲烷化反应比在大气压力条件下的反应进行得更有效。
除去CO气体的另外一种方式是通过下列反应实现的：
   ......(6)
在方程式(6)的反应中，当将氧加到CO除去装置19中时，可以选择性地氧化和除去CO气体。这样，在CO去除装置19中可以采用诸如钌(Ru)的部分氧化催化剂。诸如Ru的催化剂可以促进CO与氧反应，且不会使氢和氧不会大量反应。
在背压调节阀49的下游侧，与燃料电池单元9联接。燃料电池单元9可以采用质子交换膜燃料电池(PEMFC)。燃料电池单元9包括燃料极(阳极)5、和燃料极5相对的空气极(阴极)7和允许在燃料极5和空气极7之间进行离子传导的聚合物电解质膜(离子交换膜)3。联接到背压调节阀49上的管道与燃料极5的上游侧联接。富氢气体经由管道流到燃料极5。在燃料极5中，在燃料电池5中的阳极催化剂附近氢离解成氢离子和电子。离解出的电子经由外部电路经过阴极(空气极)7。离解出的氢离子经过聚合物电解膜3并移动到空气极7。因此，空气极7中，氢离子与氧和经过外部电路的电子反应并产生水。这样，产生了电。
在燃料电池单元9的燃料极5中，提供含有氢的气体。含有氢的气体经由管道35引入到燃烧器23中。使气体燃烧的空气是从第一泵25流入，通过与第一泵25连接的热交换器29和与热交换29连接的管道27，再经与管道27连接的质量流控制阀门33以及与空气极5上游侧管道连接的管道27B供给的。
燃烧器23是一个催化燃烧器，使用催化剂将从燃料极5经管道35进入到燃烧器中的气体燃烧。燃烧器23可以被加热到300-400℃。将催化燃烧产生的热传送到蒸馏器17和重整器11中，这些热量可用于蒸发和化学反应。燃烧后的气体供应给与燃烧器23下游侧连接的管道24和与管道24连接的热交换器29。在热交换器29内部，气体冷却并产生水。在热交换器29中产生的水存储在与热交换器29连接的贮水器39里。存储在贮水器39中的水可以经由连在贮水器39和聚合物电解质膜3之间的管道供到聚合物电解质膜3处。因此，在适当的条件下可以维持聚合物电解质膜的保湿性。
第一泵25对加到空气极7上的空气加压。空气流经连接到第一泵25上的热交换器29、管道27、质量流控制阀33和管道27B，流到空气极7。从空气极7流出的部分流出气体经由连接到空气极7下游侧上的管道37而流到热交换器29中。流出的气体在热交换器29中冷却，在空气极7的下游侧，管道37具有从管道37中间分出的分支管37A，使含有氢和氧的部分流出气体能够循环。分支管37A的下游侧与质量流控制阀41联接。质量流控制阀41经由管道27B与联接到空气极7上游侧上的第二泵43联接。
根据本发明第一实施例的燃料电池系统1a中，含有DME、水和甲醇的燃料存储在第一燃料槽13中。通常，在室温条件下醚以1∶7的摩尔比例溶解于水。然而，甲醇使醚以1∶4的摩尔比例溶解于水。因此，可以得到重整燃料的所需的化学计量比。因此，由于只有用于重整反应的最少量的水可以存储在第一燃料槽13中，燃料混合溶液的体积可以减小。而且，由于用于汽化水所必需的汽化热也可以以需要的量节省，提高了燃料电池系统1a的重整效率。由于汽化器17的加热区域减小，汽化器17的整个尺寸可以减小。
另外，图1中示出的燃料电池系统1a可以在重整器11的同一容器中提供重整催化剂和转化催化剂。因此，方程式(2)和(3)中的重整反应以及方程式(4)中的转化反应可以同时进行。这样，同催化剂分别供给的系统相比，可以减小燃料电池系统1a整个系统。
另外，一部分从空气极7排出的气体由第二泵43抽吸，并送到空气极7处。当聚合物电解质膜3的保湿性降低时，聚合物电解质膜3的膜电阻增加同时允许质子从燃料极5移到空气极7。由于从空气极7排出的部分气体要进行循环并送到空气极处，所以聚合物电解质膜3的保湿性可以保持在合适的条件。
另外，一部分未送到空气极7处的气体带有的水在被热交换器39凝结成水之后也被送到聚合物电解质膜3那里。这样，聚合物电解膜3的保湿性可以保持在适当的状态。
由于第一燃料槽13中的燃料的蒸汽压力是分别作用在汽化器17、重整器11、CO去除装置19和燃料电池单元9上的，因此可以省去提供燃料的泵。因此，不再需要用于泵的电源，并且整个燃料电池系统1a也可以减小以及简化。还省去了提供给泵的电能。另外，蒸汽气压力使得重整器11中重整反应进行的压力高于大气压力，同大气压力条件下进行重整反应的系统相比，可以减小重整器11的尺寸。
下面，参考附图1，将描述使用根据本发明第一实施例的燃料电池系统1a的方法。
首先，打开导通程度可变阀门15和质量流控制阀门47以适当控制流量。当导通程度可变阀门和质量流控制阀门47打开时，液态燃料被第一燃料槽13中的蒸汽压力主动地送到汽化器17中。接着，液态燃料受热并在加热到大约150℃～250℃范围的汽化器17中汽化。汽化后的燃料经由联接到汽化器17上的管道导入重整器11中。
接下来，重整器11将汽化后的燃料重整成富氢气体。将重整器11加热到300-400℃的范围。在重整器11中，进行的是由方程式(2)和(3)表示的DME重整反应和甲醇分解反应和通过方程式(4)表示的转化反应。因此，产生了富氢气体。富氢气体经由联接到重整器11的管道导入CO去除装置中。
接着，CO除去装置19将富氢气体中的CO气体减小到摩尔浓度小于10ppm。在CO去除装置19中，进行的是反应方程式(5)或(6)。在这种情况下，通过对背压调节阀49施加3atm的压力可以改进CO去除装置19和重整器11中进行的反应。同时，诸如CO、CO2、H2和H2O的气体通过调整背压调节阀49的流速而流到燃料极5处。
接着，通过送到燃料极5那里的氢与送到空气极7那里的氧反应，电池单元9可以产生电。通过对从第一泵25送出流经热交换器29、管道27、导通程度控制阀33和管道27B的空气加压，将氧送到空气极7。从空气极7排出的部分气体经由管道37导入到热交换器29中，并在热交换器29中冷却。在热交换器29中由气体凝结而成的水存储在贮水器39中。水经由联接到贮水器39上的管道流到聚合物电解质膜3中。同时，从空气极7排出的另一部分气体经由管道37流到分支管37A中。流到分支管37A中的气体受到第二泵43的抽吸并再次送到空气极7那里。
接着，从燃料极5排出的含有剩余氢的气体与从第一泵25送出流经热交换器29、管道27、27A、质量流控制阀31和与管道35联接的管道的空气混合在一起。此后，将混合物送到燃烧器23中。剩余氢气在燃烧器23中被催化燃尽。在这种情况下，燃烧器中产生的热量传递到汽化器17和重整器11中并用作汽化燃料的能量、重整和加热的反应能量。随后，从燃烧器23排出的燃烧后的气体导入到管道24中并导入到热交换器29中。气体通过热交换器29得到冷却和凝结。热交换器29中从气态凝结而成的水存储在贮水器39中并送到聚合物膜3那里。
(第一实施例的第一种改进)
如图3所示，在根据第一实施例第一种改进的燃料电池系统1b中，包括一个联接到CO去除装置19b下游侧的管道34、联接到管道34下游侧的背压调节阀21和联接到背压调节阀21下游侧的管道36。管道36下游侧联接管道35。除了上面的其它部分基本上与图1中的那部分结构相同，因此，将省去这部分的描述。
CO去除装置19b选择性地通过从重整器11排出地富氢气体中的氢。因此，主要含有氢的气体送到燃料极5那里。没有通过半透膜的其它气体经由管34、背压调节阀21、管35和36送到燃烧器23中。实质上仅选择滤过氢的半透膜设置在CO去除装置19b的里面。至于半透膜可以采用例如具有半透膜的二氧化硅。通过在大约350μm厚度的α-Al2O3板上沉积出的大约0.6μm厚度的γ-Al2O3膜上沉积一个具有大约0.2μm厚度的二氧化硅膜，这样来得到具有半透膜的二氧化硅。这样，当半透膜安装到CO去除装置19b中时，其内部温度可以保持在大约250-350℃。利用燃料槽11和背压调节阀21中的汽化压力，CO去除装置19b中的压力将保持在高于大气压强的压强。管34受到背压调节阀213atm的压力。由于半透膜上游侧受到的压力高于大气压力，所以半透膜上游侧和下游侧之间的压力差会增加，并且气体透过的速度也增加了。
在根据第一实施例第一改进方式的燃料电池系统1b中，设置在CO去除装置19b中的半透膜实质上滤过富氢气体中的氢。因此，具有高浓度氢的气体导入到燃料极5中，并且可以提高燃料电池单元9的效率。
(第一实施例的第二种改进)
如图4所示，根据第一实施例第二种改进的燃料电池系统包括一个真空热绝缘容器101。在真空热绝缘容器101中，汽化器17、重整器11、CO去除装置19和燃烧器23彼此相邻设置。真空热绝缘容器101具有外部容器101a和设置并连接到外部容器101a上的内部容器101b。外部容器101a和内部容器101b可以由玻璃制成。外部容器101a和内部容器101b之间的空间压力降低到低于10-3托以降低通过气体的热传导性。外部容器101a和内部容器101b可以由不锈钢制成。可以向外部容器101a的内壁和内部容器101b的外壁上施加薄的银(Ag)层以降低热辐射。
在内部容器101b中设置一个重整单元102。汽化器17、重整器11、CO去除装置19和燃烧器23在重整单元102中彼此相邻设置。从第一燃料槽13中供出燃料(DME+H2O+CH3OH)的管103a联接汽化器17的上游侧。在CO除去装置19的下游侧，联接管103b以将CO去除装置19产生的富氢气体(H2+CO2+H2O+CH4+O2)导入到燃料极5处。在燃烧器23的上游侧，联接管104a以提供含有剩余氢的气体(H2+CO2+H2O+CH4+O2)。在燃烧器23的下游侧，连接管104b以将排出气体(CO2+H2O)导入到管24中。管103a、103b、104a、104b分别穿过设在真空热绝缘容器101开口处的热隔离器105。为控制燃烧体23中的温度，加热器106可以与燃烧器23相邻设置。
在根据第一实施例第二改进方式的燃料电池系统中，汽化器17、重整器11、CO去除装置19和燃烧器23设置在真空热绝缘容器101中。因此，由燃烧器23产生的热量不会辐射到外面，并且很容易将热量从燃烧器23分别传递到汽化器17和重整器11中。因此，整个设备的热效率提高了。
(第二实施例)
如图5所示，根据本发明第二实施例的燃料电池系统1c中包括第一燃料槽(第一槽)13用于存储包括醚的第一燃料、第二燃料槽(第二槽)71用于存储包括甲醇和水的第二燃料、汽化器17用于汽化第二燃料、重整器11用于将第一和第二燃料重整成富氢气体、CO去除装置19用于除去富氢气体中的CO气体、和燃料电池单元9用于通过允许富氢气体与氧的反应来产生电。
在第一燃料槽13中，存储着液态DME。导通程度可变阀52与联接到第一燃料槽13上的管34联接。管53与导通程度可变阀52的下游侧联接。第二燃料槽71联接到管53上。管53具有一个分支管以及该分支管联接到可自由释放到空气的导通程度可变阀54上。当导通程度可变阀52打开且导通程度可变阀54关闭时，管53中的气体由第一燃料槽13中的压力推动。在第二燃料槽71中，例如，利用诸如活塞或隔膜的可动分隔物71c将其分成第一腔71a和第二腔71b。第一腔71a中具有气体，第二腔71b中具有包括甲醇和水的第二燃料。
当气体从管53流到第二腔71a中时，分隔物71c在第一腔71a中受压并且被推向第二腔71b。当导通程度可变阀55联接到第二腔71b上时，第二腔71b中的第二燃料导入到汽化器17中。至于第二腔71b中的第二燃料，可以采用乙醇和水。
汽化器对第二燃料进行汽化。图5中示出的汽化器17的详细结构与图1中的汽化器部分是一样的，因此将省略这部分的描述。在汽化器17中汽化的第二燃料经由管导入到重整器11中。这时，第一燃料槽13中的DME通过打开第一燃料槽导入到重整器中。除了上面的其它部分大体上与图1中的燃料电池系统1的部分相同。
在根据本发明第二实施例的燃料电池系统1c中，第二燃料槽71中的第二燃料(CH3OH+H2O)由第一燃料槽13中地汽化压力主动地送到汽化器17和重整器11中。因此，提供燃料的泵可以省略，泵所需的电源也不再是必需的了。另外，整个燃料电池系统1c可以减小和简化。
而且，在图5中所示的燃料电池系统1c中，作为第一燃料的DME和作为第二燃料的甲醇和水同时导入到重整器11中。因此，在重整器11中，重整反应和转化反应是同时进行的。由于甲醇的重整反应可以分别加快DME的重整反应，因此将DME重整成富氢气体的效率将提高。
另外，甲醇令醚以约1∶4的摩尔比例溶解于水。因此，可以得到将燃料重整成富氢气体的所需的摩尔比例。因此，可以提高在燃料电池系统1c中产生电的效率。
接着，参考附图5，将描述使用根据本发明第二实施例的燃料电池系统1c的方法。
首先，关闭导通程度可变阀15、52、54和55，且打开导通程度可变阀52。第一燃料槽13中的蒸汽压力高于大气压力。因此，当导通程度可变阀52打开时，管53中的气体导入到第一腔71a中。随后，水槽71中的分隔物71c受压并从第一腔71a侧推到第一腔71b侧。当导通程度可变阀55打开时，第二腔中的第二燃料利用第二燃料槽13中的饱和压力导入到汽化器17中。
接着，在汽化器17中，第二燃料(含有CH3OH和H2O)汽化。随后，汽化后的燃料导入到重整器11中，导通程度可变阀15打开，燃料槽13中的第一燃料供给到重整器11中同时控制导通程度，且第一燃料与汽化后的第二燃料混合在一起。在这种情况下，作为第一燃料的DME与水的混合比例控制在1∶3到1∶4摩尔比例的范围内。除了上述部分之外的其它部分大体上与图1中示出的燃料电池系统的部分相同。
(第二实施例的改进方式)
如图6所示，在根据第二实施例改进方式的燃料电池系统1d中，包括联接到CO去除装置19d下游侧的管34、联接到管34下游侧的背压调节阀21、和联接到背压调节阀21下游侧的管36。管36的下游侧联接到管35上。除了上述元件之外的其它部分大体上与图3中所示结构部分相同，因此省略了这部分的描述。选择性的基本上仅滤过氢的半透膜如图3所示设置在CO去除装置19d的内部。
在根据第一实施例第一改进方式的燃料电池系统1d，安装在CO去除装置19d中的半透膜通过过滤实质上将氢过滤到燃料电池单元9中。因此将具有高浓度的氢导入到燃料极5中，并且可以提高燃料电池单元9的效率。
(第三实施例)
如图7所示，根据本发明的第三个实施例的燃料电池系统1e包括用来存储包括DME的燃料的第一燃料槽(第一槽)13、用来存储水的第二燃料槽(第二槽)71、用来存放甲醇的第三燃料槽(第三槽)72、用来汽化水和甲醇的汽化器17、重整器11，该重整器用来将水和甲醇重整为富氢气体，用来将富氢气体中CO过滤掉的CO去除设备19以及一个利用富氢气体和氧气发生化学反应发电的燃料电池单元9。
导通程度可变的阀门14与第一燃料槽13的下游侧相连接。当导通程度可变的阀门14打开时，气体通过一个导管进入第三燃料槽72。第三燃料槽72被分隔物72c分为一个第一腔72a和一个第二腔72b。气体存储于第一腔72a中，而甲醇存放在第二腔72b中。当气体通过导管供应给第一腔72a时，在第一腔72a中分隔物72c受压，且被推向第二腔72b。当导通程度可变的阀门15与第三燃料槽72的下游侧连接时，存放在第二腔72b中的甲醇被引入到汽化器17中。第三燃料槽72中的甲醇可以用乙醇代替。
导通程度可变的阀门52连接到与第一燃料槽13连接的导管。导管53与导通程度可变的阀门52的下游侧连接。第二燃料槽71与导管53连接。导管53有分支管，这个分支管与导通程度可变的阀门54连接，阀门54自由地释放到大气中。当导通程度可变的阀门52打开时，且导通程度可变的阀门54关闭，导管53中的气体被第一燃料槽13产生的压力推压。第二燃料槽71也被可移动的分隔物71c分为第一腔71a和第二腔71b。气体存放在第一腔71a中，而水存放在第二腔71b中。
当气体由导管53供应给第一腔71a时，分隔物71c在第一腔71a中受到压力，被推向第二腔71b。当导通程度可变的阀门55与第二腔71b连接时，第二腔71b中的第二燃料进入汽化器17。与第二腔71b的另一个下游侧连接的导管与一个导通程度可变的阀门58连接。这个导通程度可变的阀门与泵57连接。泵57通过导管56与贮水器39连接。除了上述各点外，其它各点与图1所示的燃料电池系统1基本相同。
在根据本发明的第三实施例的燃料电池系统1e中，甲醇和水通过第一燃料槽13中产生的蒸汽压力主动地提供给汽化器17和重整器11。因此，可以省略用于提供燃料的泵，这样也不要提供给泵工作所需要的电源，且整个燃料电池系统1e可以缩小、简化。
而且，在图7所示的燃料电池系统1e中，当含有水和甲醇的混合气体引入重整器11时，甲醇的重整反应和水的转化反应同时发生。因为水的转化反应可以促进甲醇的重整反应，产生富氢气体的效率也将得到提高且燃料电池系统1e相对于反应单独进行的系统可以简化。
这里，甲醇和水的重整反应总体上按照下面的方程式进行：
              .....(7)
如上面方程式(7)所示，甲醇和水的化学计量比大约为1∶1。作为提供给重整器11的燃料，甲醇和水按照大约1∶1到1∶2的摩尔比混合。因为仅用于甲醇重整反应的水会在重整器11中汽化，将节省蒸发的热量，重整器中的气体的保留时间将被延长，燃料电池系统1e的重整效率将得到提高。因为汽化器17的加热面积可以减小，所以汽化器17的整体大小也可被减小。
并且，存储在贮水器39中的水可用于润湿聚合物膜3。聚合物膜3的保湿性可以维持在一个适当的状态。
其次，参照图7，根据本发明第三个实施例的燃料电池系统1e的使用方法说明将在下面给出。
首先，关闭导通程度可变的阀门15和52，且打开传导可变的阀门14。在第一燃料槽13中的比大气压力更大的蒸汽压力推动第一腔72a。分隔物72c被推向第二腔72b端。然后，关闭导通程度可变的阀门14，接着关闭导通程度可变的阀门54、55和58，打开导通程度可变的阀门52。当导通程度可变的阀门52打开时，第一燃料槽13产生的压力将管道53中的气体推到第一腔71a。然后，水槽71的分隔物71c受到压力，它被从第一腔71a端推到第二腔71b端。当导通程度可变的阀门55打开时，作用于第一燃料槽13的压力将第二腔71b中的水压入到汽化器17中。接着，汽化器17中的水汽化且进入重整器11中。
接着，导通程度可变的阀门15打开，在控制其导通程度时，第三燃料槽72中的甲醇被加入到重整器11中。在这种情况下，甲醇和水的混合比例控制在1∶1到1∶2的摩尔比。当关闭导通程度可变的阀门52、55和58，打开导通程度可变的阀门54时，在第一腔71a产生的压力被释放，贮水器39中的水由泵57以大气压流到第二腔71b中。当打开导通程度可变阀门58时，由泵57以静水压力状态将水提供给第二腔71b。然后，泵57停止工作，关闭导通程度可变的阀门58，除上面所述的各点外，其它与图1所示的燃料电池系统1基本相同。
(第三实施例的第一改进方式)
如图8所示，根据第三实施例进行的第一种改进的燃料电池系统1f包括与CO去除装置19f下游侧相连的管道34、与管道34下游侧相连的背压调节阀门21、与背压调节阀门21下游侧连接的管道36。管道36的下游侧与管道35连接。除上述各点外，其它与图3和图5所示的结构基本相同。因此，说明省略。基本可以有选择地过滤出氢气的半透膜被设置在一氧化碳CO去除装置19f的内部，如图8所示。
根据第三实施例进行的第一种改进的燃料电池系统1f里，半透膜安放在一氧化碳CO去除装置19f里，通过过滤将氢气过滤到燃料电池单元9。因此，含高浓度氢的气体被引入燃料极5，这样燃料电池单元9的效率可以得到提高。
(第三实施例的第二种改进)
如图9所示，根据第三实施例进行第二种改进的燃料电池系统1g包括经由导通程度可变的阀门55与第二燃料槽71的下游侧相连的第一汽化器17a、和经由导通程度可变的阀门15与第三燃料槽72的下游侧连接的第二汽化器17b。在图9所示的燃料电池系统1g中，通过第一燃料槽13产生的饱和气压将第二燃料槽71中的水在第一汽化器17a中汽化、将第三燃料槽72中的甲醇在第二汽化器17b中汽化。因此，可以省略提供燃料和水的泵，整个燃料电池1g可以被缩小和简化。
(第三实施例的第三种改进)
如图10所示，根据第三实施例进行第三种改进的燃料电池系统1h包括经由导通程度可变的阀门55与第二燃料槽71的下游侧相连的第一汽化器17a、和经由导通程度可变的阀门15与第三燃料槽72的下游侧相连的第二汽化器17b、与CO去除装置19h的下游侧连接的管道34、与管道34下游侧连接的背压调节阀门21以及一个与背压调节阀门21连接的管道36。管道36的下游侧与管道35连接。
在根据第三实施例进行第三种改进的燃料电池系统1h里，安装在CO去除装置19h的半透膜通过过滤将氢气过滤到燃料电池单元9。因此送到然连电极5的是含高浓度氢的气体，进而燃料电池单元9的效率得到提高。
(第四实施例)
如图11所示，根据本发明的第四个实施例的一个燃料电池系统1i包括用来存储包括醚的燃料的第一燃料槽(第一槽)13、用来存储用于重整燃料的水的第二燃料槽(第二槽)71、用来存放氢气的第三燃料槽(第三槽)72、用来汽化水的汽化器17、用来引入燃料、水和氢气并且将燃料重整得到富氢气体的重整器11、用来将富氢气体中CO去除掉的CO去除设备19以及利用富氢气体和氧气发生化学反应发电的燃料电池单元9。
导通程度可变的阀门52连接与第一燃料槽13连接的管道。管道53与导通程度可变的阀门52的下游侧连接。第二燃料槽71与管道53连接。管道53有分支管，这个分支管与导通程度可变的阀门54连接，阀门54自由地释放到大气中。当打开导通程度可变的阀门52且关闭导通程度可变的阀门54时，管道53中的气体被第一燃料槽13中的气压推动。第二燃料槽71通过可移动的分隔物71c分隔为第一腔71a和第二腔71b。第一腔71a中充满着气体，而第二腔71b中充满着水。当气体通过管道53供给第一腔71a时，分隔物71c受第一腔71a压迫，被推向第二腔71b。当导通程度可变的阀门55连接到第二腔71b时，第二腔71b中的燃料被送到汽化器17中。
在第一燃料槽13的下游侧，第三燃料槽72通过管道与导通程度可变的阀门63相连。第三燃料槽72也与重整器11的上游侧连接。与第三燃料槽72的下游侧连接的管道与导通程度可变的阀门63连接。
当打开导通程度可变的阀门63且同时调节流动速度时，第三燃料槽72中的氢流入重整器11中同时控制导通程度。这时，8-20wt％，最好是8-12wt％的氢气可以提供给摩尔比范围为1∶3到1∶4的DME和水混合物。在重整器11中，DME和水的重整反应如方程式(2)、(3)所示，转化反应如方程式(4)所示，这可以通过重整催化剂和转化催化剂得到改善。
第三燃料槽72中的氢气与DME和水提供到重整器11中。氢气使DME的重整反应加快，如方程式(2)所示。因此，将DME重整为富氢气体的效率得到提高。除上面所述各点外，其它与图1所示的燃料电池系统1a相同，详细的解释省略。
根据本发明第四实施例的燃料电池系统1i中，第三燃料槽72中的氢气供给重整器11，分别与由第一燃料槽13供给的DME和由第二燃料槽71供给的水混合。在重整器11中，DME的重整反应和转化反应可以利用重整催化剂和转化催化剂同时进行。换句话说，当转化反应(4)发生时，一氧化碳反应，并且被排除。当重整器11中的CO浓度减小时，反应(3)发生，甲醇分解。当重整器11中的甲醇减小时，进行反应(1)，DME重整。因此，DME的重整反应有效地进行。因此如图11所示的燃料电池系统1i可以实现高效的将燃料重整为富氢气体。而且，因为去除催化剂和转化催化剂被提供给同一容器，可以使燃料电池系统1I减小。
其次，参照图1i，根据本发明第四个实施例的燃料电池系统1i的使用方法说明将在下面给出。
首先，关闭导通程度可变的阀门15、54、55和58，且打开导通程度可变的阀门52。第一燃料槽13产生的气压比外界的大气压高，因此当导通程度可变的阀门52打开时，管道53中的气体进入第一腔71a。然后，水槽71的分隔物71c受到压迫，被从第一腔71a侧推到第二腔71b侧。当导通程度可变的阀门55打开时，第二腔71b中的水被第一燃料槽13中产生的饱和压力压入汽化器17中。
接着，在汽化器17中，水被汽化。随后，汽化的燃料进入重整器11。打开导通程度可变的阀门15，在控制流速的同时将燃料槽13中的第一燃料流入到重整器11中，第一燃料与汽化的第二燃料混合。这时，作为第一燃料的DME与水的混合物的比例被控制为1∶3到1∶4的摩尔比。然后，导通程度可变的阀门63打开，在第三燃料槽72中的氢气被送到重整器11。除上面所述的各点外，其它与图1所示的燃料电池系统基本相同。
(第四实施例的改进)
如图12所示，根据对第四实施例改进的燃料电池系统1j包括与CO去除装置19j下游侧连接的管道34，与管道34下游侧连接的背压调节阀门21以及与背压调节阀门21下游侧连接的管道36。管道36的下游侧与管道35连接。除上面所述的各点外，其它与图3所述的结构基本相同，所以省略描述。
在根据对第四实施例改进的燃料电池系统1j中，安装在CO去除装置19j里的半透膜通过过滤将大部分氢气过滤到燃料电池单元9。因此引入到燃料极5的是含氢浓度高的气体，这样燃料电池单元9的效率得到改善。
在根据本发明公开的内容的教导下在不脱离本发明范围的情况下，对本领域技术人员来说各种改进方案都是可能的。

Claims (23)

1.一种燃料电池系统包括：
存储着包括醚、水和醇的燃料的燃料槽；
汽化该燃料的汽化器；
将汽化后的燃料重整成富氢气体的重整器；
CO去除装置，用于除去富氢气体中的CO气体；和
燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应产生电。
2.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该燃料包括二甲醚。
3.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该燃料包括甲醇。
4.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该燃料包括乙醇
5.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该燃料包括少于10wt％的甲醇。
6.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该燃料包括：
二甲醚；
水；和
5-10wt％的甲醇，
其中二甲醚和水的混合比例在1∶3到1∶4的范围内。
7.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该燃料槽包括：
盒单元，用于存储燃料；
阀门单元，用于关闭盒单元的开口；
对着该开口的保持单元，用于保持住该盒单元；和
与该保持单元连接的供给单元，用于提供燃料。
8.根据权利要求7的燃料电池系统，其中该盒单元存储二甲醚。
9.根据权利要求1的燃料电池系统，还包括：
燃烧器，用于燃烧从燃料电池单元提供的气体；和
包含该燃烧器的真空热绝缘容器，其包含与该燃烧器邻近设置的汽化器、重整器和CO去除装置。
10.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该重整器包含由氧化铝和选自Rh、Pd、Pt和Cu组中至少一种材料构成的重整催化剂。
11.根据权利要求1的燃料电池系统，其中该重整器包含加快燃料重整反应的重整催化剂，和使该重整反应所产生的一氧化碳与水反应的转化催化剂。
12.一种燃料电池系统，包括：
存储着包括醚的第一燃料的第一燃料槽；
存储着包括甲醇和水的第二燃料的第二燃料槽；
汽化该第二燃料的汽化器；
将第一和第二燃料重整成富氢气体的重整器；
CO去除装置，用于从富氢气体中除去CO气体；和
燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应来产生电。
13.根据权利要求12的燃料电池系统，其中该第一燃料包括二甲醚。
14.根据权利要求12的燃料电池系统，其中该第一燃料包括二甲醚，该第二燃料包括5-10wt％的甲醇，并且二甲醚和水的混合比例在1∶3到1∶4的范围内。
15.根据权利要求12的燃料电池系统，其中该第一燃料槽包括：
盒单元，用于存储燃料；
阀门单元，用于关闭盒单元的开口；
对着该开口的保持单元，用于保持住该盒单元；和
与该保持单元连接的供给单元，用于提供燃料。
16.根据权利要求12的燃料电池系统，其中该重整器包含由氧化铝和选自Rh、Pd、Pt和Cu组中至少一种材料构成的重整催化剂。
17.根据权利要求12的燃料电池系统，其中该重整器包含加快燃料重整反应的重整催化剂，和使该重整反应所产生的一氧化碳与水反应的转化催化剂。
18.一种燃料电池系统，包括：
存储着包括醚的燃料的第一槽；
存储着水的第二槽；
存储着氢的第三槽；
汽化水的汽化器；
将燃料、水和氢重整成富氢气体的重整器；
CO去除装置，用于从富氢气体中除去CO气体；和
燃料电池单元，用于利用富氢气体和氧的电化学反应来产生电。
19.根据权利要求18的燃料电池系统，其中该第一槽包括：
盒单元，用于存储燃料；
阀门单元，用于关闭盒单元的开口；
对着该开口的保持单元，用于保持住该盒单元；和
与该保持单元连接的供给单元，用于提供燃料。
20.根据权利要求18的燃料电池系统，其中该重整器包含由氧化铝和选自Rh、Pd、Pt和Cu组中至少一种材料构成的转化催化剂。
21.根据权利要求18的燃料电池系统，其中该重整器包含加快燃料重整反应的重整催化剂，和使该重整反应所产生的一氧化碳与水反应的转化催化剂。
22.一种用于燃料电池系统的燃料，包括：
二甲醚；
水；和
5-10wt％的甲醇，
其中二甲醚和水的混合比例在1∶3到1∶4的范围内。
23.一种用于燃料电池系统的燃料，包括：
二甲醚；
水，和
甲醇。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101047258B (zh) * 2006-03-27 2011-03-30 卡西欧计算机株式会社 燃料电池型发电装置、电子设备以及燃料的处理方法
US7976993B2 (en) 2005-12-28 2011-07-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel composition for fuel cell and fuel cell using the same
CN101154741B (zh) * 2005-09-27 2014-06-25 赫多特普索化工设备公司 燃料处理方法和系统
WO2014101860A1 (zh) * 2012-12-31 2014-07-03 Liu Jun 以小分子液态有机物为燃料的液流燃料电池的制备方法
US8980489B2 (en) 2006-03-27 2015-03-17 Casio Computer Co., Ltd. Fuel cell type power generation device, electronic apparatus and treatment method of fuel
CN108232258A (zh) * 2016-12-15 2018-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种甲醇-二甲醚混合蒸汽进料燃料电池系统

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8613297B2 (en) * 2003-07-29 2013-12-24 Societe Bic Fuel supply systems having operational resistance
US7335432B2 (en) * 2004-04-30 2008-02-26 Motorola, Inc. Solid oxide fuel cell portable power source
KR100551036B1 (ko) * 2004-06-30 2006-02-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
US7410714B1 (en) * 2004-07-15 2008-08-12 The United States Of America As Represented By The Administration Of Nasa Unitized regenerative fuel cell system
JP4469674B2 (ja) * 2004-07-15 2010-05-26 株式会社東芝 流路構造体の製造方法
KR100599684B1 (ko) * 2004-07-30 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지용 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
JP4864385B2 (ja) * 2004-08-30 2012-02-01 株式会社東芝 水素発生装置および燃料電池システム
JP4202993B2 (ja) * 2004-09-30 2008-12-24 株式会社東芝 燃料改質システム及び燃料電池システム
BRPI0520033A2 (pt) * 2005-02-16 2009-11-03 Bic Soc sistema de célula de combustìvel, válvula
KR101126207B1 (ko) * 2005-02-28 2012-03-26 삼성에스디아이 주식회사 개질기용 연료 공급장치 및 연료 전지 시스템
JP2006253040A (ja) * 2005-03-11 2006-09-21 Toshiba Corp 燃料容器及び燃料電池システム
JP2006266900A (ja) * 2005-03-24 2006-10-05 Toshiba Corp 分析装置
JP2006278159A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toshiba Corp 燃料電池
JP4555149B2 (ja) * 2005-05-23 2010-09-29 本田技研工業株式会社 燃料電池システム及びその運転方法
JP4322856B2 (ja) * 2005-09-29 2009-09-02 株式会社東芝 化学反応装置及び燃料電池システム
KR100684737B1 (ko) * 2005-10-06 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 개질장치 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
JP2007200611A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Toshiba Corp 化学反応装置及び燃料電池システム
JP2007269521A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Toshiba Corp 燃料システム及び燃料電池システム
KR101275787B1 (ko) * 2006-11-15 2013-06-14 삼성에스디아이 주식회사 산화 촉매, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 개질기 및연료 전지 시스템
KR100907396B1 (ko) * 2007-09-07 2009-07-10 삼성에스디아이 주식회사 연료 카트리지, 이를 구비하는 직접 메탄올형 연료전지 및연료 카트리지를 이용하는 직접 메탄올형 연료전지의 퍼징방법
US20100252421A1 (en) * 2009-04-01 2010-10-07 Jimmy Yang Hho generating system
KR101132050B1 (ko) * 2010-01-12 2012-04-02 삼성에스디아이 주식회사 연료전지를 이용한 자동차 배기가스의 질소산화물 저감 방법 및 그 장치
WO2023159119A1 (en) * 2022-02-16 2023-08-24 Adaptive Energy, Llc Fuel cell system

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3263129B2 (ja) * 1992-06-05 2002-03-04 本田技研工業株式会社 燃料電池システム
KR100313236B1 (ko) * 1996-07-02 2003-05-14 마츠시다 덴코 가부시키가이샤 연료전지발전시스템
DE19807876C2 (de) * 1998-02-25 2002-10-24 Xcellsis Gmbh Brennstoffzellensystem
KR100415235B1 (ko) * 1998-10-14 2004-01-16 아이다테크 엘엘씨 연료 처리 시스템
CA2336847C (en) * 1999-03-18 2005-08-02 Matsushita Electric Works, Ltd. Catalyst for water gas shift reaction, method for removing carbon monoxide in hydrogen gas and electric power-generating system of fuel cell
JP3473898B2 (ja) * 1999-04-22 2003-12-08 松下電器産業株式会社 水素精製装置
JP3668069B2 (ja) * 1999-09-21 2005-07-06 株式会社東芝 燃料電池用液体燃料収容容器および燃料電池
JP3759406B2 (ja) * 1999-12-15 2006-03-22 日産自動車株式会社 メタノール改質触媒、メタノール改質装置及びメタノール改質方法
KR20010076243A (ko) * 2000-01-25 2001-08-11 요트 루나우 액체 연료용 연료 전지
JP2002124280A (ja) * 2000-10-18 2002-04-26 Honda Motor Co Ltd 燃料電池発電システム
WO2002056403A1 (fr) * 2001-01-12 2002-07-18 Sanyo Electric Co., Ltd. Dispositif de production de puissance par pile a combustible a electrolyte haut polymere solide
JP3480452B2 (ja) * 2001-05-25 2003-12-22 日産自動車株式会社 燃料電池システムおよびエネルギ供給システム
US6698278B2 (en) * 2001-12-19 2004-03-02 Ballard Power Systems Inc. Indirect measurement of fuel concentration in a liquid feed fuel cell
US7255950B2 (en) * 2002-12-09 2007-08-14 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Fuel delivery system and method of use thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101154741B (zh) * 2005-09-27 2014-06-25 赫多特普索化工设备公司 燃料处理方法和系统
US7976993B2 (en) 2005-12-28 2011-07-12 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel composition for fuel cell and fuel cell using the same
CN101047258B (zh) * 2006-03-27 2011-03-30 卡西欧计算机株式会社 燃料电池型发电装置、电子设备以及燃料的处理方法
US8980489B2 (en) 2006-03-27 2015-03-17 Casio Computer Co., Ltd. Fuel cell type power generation device, electronic apparatus and treatment method of fuel
WO2014101860A1 (zh) * 2012-12-31 2014-07-03 Liu Jun 以小分子液态有机物为燃料的液流燃料电池的制备方法
CN108232258A (zh) * 2016-12-15 2018-06-29 中国科学院大连化学物理研究所 一种甲醇-二甲醚混合蒸汽进料燃料电池系统

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040086792A (ko) 2004-10-12
CN1309112C (zh) 2007-04-04
KR100601232B1 (ko) 2006-07-19
US20040247960A1 (en) 2004-12-09

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