CN1567633A - 燃料电池反应堆的加热装置 - Google Patents

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黄龙俊
高承兑
朴明硕
张昌龙
金仁奎
李成焕
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Abstract

本发明所采用的技术方案是：一种燃料电池反应堆的加热装置，该加热装置包括：重整器、反应堆，还设有加热部。其中，重整器从供给的燃料中生成氢气；在反应堆中电解质膜的两侧分别设置有燃料极和空气极，向燃料极上供给有在重整器上生成的氢气或含氢气的燃料，同时向空气极上供给有氧气或含氧气的氧化剂，并通过氢和氧的电化学反应产生电和热；加热部将维持反应堆内部的适当温度，并防止反应堆内部的水份冻结。如上所述的本发明，其燃料电池反应堆的加热装置，通过设置在反应堆上的加热部，将反应堆的内部温度维持在设定温度以上，防止在驱动初期不适应大电量使用的问题。

Description

燃料电池反应堆的加热装置
技术领域
本发明涉及一种燃料电池反应堆，特别是涉及一种能够防止反应堆内部水份的冻结，使燃料电池有良好的初期驱动的反应堆的燃料电池反应堆的加热装置。
背景技术
一般来讲，燃料电池是将燃料持有的能量转换为电能的装置。通常，这种燃料电池，其电解质的两侧分别设置有阳极和阴极，其中阳极(氧化电极或燃料极)上供给氢气或含有氢气的燃料气体，同时阴极(还原电极或空气极)上供给含有氧气的氧化气体。在此过程中，被离子化的燃料气体和氧化气体进行电化学反应，并产生电和热。
如图1所示，燃料电池包括：燃料罐1、重整器2、反应堆3以及电力变换器4等。其中，在燃料罐1里灌入有汽油或其他碳氢化合物燃料；重整器2与燃料罐1相连，并利用供给的燃料产生氢气；反应堆3与重整器2相连，在反应堆3上同时发生从重整器2上产生的氢气的氧化反应和从外部供给的氧气的还原反应，并同时产生电和热；电力变换器4与反应堆3相连，将在反应堆3上产生的直流电转换为常用的交流电。
在附图中未说明符号2a为反应炉、2b为燃烧器、3a为电解质膜、3b为燃料极、3c为空气极、6为供水泵、7为加湿器。
利用如上所述结构的燃料电池发电的简要过程如下。
通过控制部(未图示)的控制作用，汽油或碳氢化合物燃料从燃料罐1流入到重整器2的反应炉2a里，对流入于反应炉2a的燃料供给水蒸气以及氧气，此时重整器2的燃烧器2b工作，并产生重整反应，重整反应产生氢气，氢气供给到反应堆3的燃料极3b上，同时空气极上供给有氧气(O2)，这样，在燃料极3b上产生氧化反应，空气极3c上产生还原反应。在此过程中，产生的电子从燃料极3b移动到空气极3c，并产生电和热。产生的电流经过电力变换器4后，将变换为交流电，并使用于各种电器。
在上述燃料电池中，若反应堆3的电解质膜3a变干燥，氢离子(H+)的传导度会下降或电解质膜3a收缩，会导致膜和电极之间的接触电阻变大，故向反应堆3供给氢气析同时，始终需要伴随水份的供给。
但是，如上所述的燃料电池，当工作温度较低时，其反应速率会相对变慢，较难适应大容量负荷，驱动初期也无法适应大电量的使用，并且在较冷地方长时间不使用燃料电池，反应堆3内部的水份被冻结后，电解质膜将失去离子的传导性，进而反应堆3不能正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够对反应堆加热，使反应堆维持一定温度，并能够使反应堆良好地工作的燃料电池反应堆的加热装置。
本发明所采用的技术方案是：一种燃料电池反应堆的加热装置，该加热装置包括：重整器、反应堆，还设有加热部。其中，重整器从供给的燃料中生成氢气；在反应堆中电解质膜的两侧分别设置有燃料极和空气极，向燃料极上供给有在重整器上生成的氢气或含氢气的燃料，同时向空气极上供给有氧气或含氧气的氧化剂，并通过氢和氧的电化学反应产生电和热；加热部将维持反应堆内部的适当温度，并防止反应堆内部的水份冻结。
如上所述的本发明，其燃料电池反应堆的加热装置，通过设置在反应堆上的加热部，将反应堆的内部温度维持在设定温度以上，防止在驱动初期不适应大电量使用的问题。
并且，加热部使反应堆的内部温度维持在设定温度以上，防止在较冷地方长时间不使用燃料电池而反应堆内部的水份被冻结，进而防止因反应堆的电解质膜失去离子的传导性而反应堆不能正常工作的现象。
附图说明
图1是一般燃料电池的结构框图；
图2是具有本发明实施例反应堆加热装置的燃料电池的结构框图；
图3是具有本发明另一实施例反应堆加热装置的燃料电池的结构框图；
其中：
1、11：燃料罐                2、12：重整器
2a、12a：反应炉              2b、12b：燃烧器
3、13：反应堆                3a、13a：电解质膜
3b、13b：燃料极             3c、13c：空气极
7：加湿器                   4、14：电力变换器
6、18：泵                   20：加湿部
30、40：加热部              31：排气管
32：加热器                  33：开关阀
41：电源供给部              42：电加热器
43：电源开关
具体实施方式
以下参照附图对本发明实施例的燃料电池反应堆的加热装置做详细说明。
图2是具有本发明实施例反应堆加热装置的燃料电池的结构框图。如图2所示，本发明的燃料电池包括：燃料罐11、重整器12、反应堆13、加湿部20和加热部30以及电力变换器14等。其中，在燃料罐11里灌入有汽油或其他碳氢化合物燃料；重整器12与燃料罐11相连，并利用供给的燃料产生氢气；反应堆13与重整器12相连，在反应堆13上同时发生从重整器12上产生的氢气的氧化反应和从外部供给的氧气的还原反应，并同时产生电和热；加湿部20连通设置在反应堆13的燃料供给侧，将冷凝水转换为水蒸气提供给反应堆13；加热部30使反应堆13的内部温度维持在适当温度，防止反应堆13内部水份的冻结；电力变换器14连接于反应堆13，将反应堆13生成的直流电转换为常用的交流电。
反应堆13，在其电解质膜13a的两侧分别设置有燃料极(或阳极)13b和空气极(或阴极)13c，其中在燃料极13b上供给氢气或含氢气的燃料物质，在空气极13c上供给含氧气的氧化剂。
加热部30包括：排气管31、加热器32以及开关阀33。其中，排气管31将向反应堆13供给在氢气的重整器12中产生的排出于外部的废气；加热器32包住反应堆13的外周面，并设置在排气管31的中间部，接收废气对反应堆13进行加热；开关阀33设置在排气管31上，调节供给到加热器32的废气量。
在附图中未说明符号12a为反应炉、12b为燃烧器、18为泵。
如上所述结构的燃料电池反应堆的加热装置，其工作及作用效果如下。
从燃料罐11供给的燃料液与水以及空气混合后，向重整器12流入。其中，一部分燃料液流入到重整器12的燃烧器12b里，并燃烧；剩余的燃料液则流入到反应炉12a里，并发生脱硫反应、重整反应以及氢气精制反应而生成氢气。生成的氢气供给到反应堆13的燃料极12b上，与供给到空气极13c的氧气一同发生电化学反应，并产生电和热。其中电流通过电力变换器14后，使用于电器产品。
在燃料电池中，若反应堆13的电解质膜13a变干燥，氢离子(H+)的传导度会下降或电解质膜13a收缩，会导致膜和电极之间的接触电阻变大，故在向反应堆13供给氢气的同时，始终需要伴随水份的供给。
并且，当驱动重整器12时，若反应堆13的内部温度低于设定温度，那么在重整器12中只有燃烧器12b工作，并产生废气，同时设置于排气管31上的开关阀33被开启，在重整器12上产生的废气通过排气管31供给到加热器32，进而废气的热量将反应堆13的内部温度提升到设定温度以上，随后废气向外部排出。
图3是具有本发明另一实施例反应堆加热装置的燃料电池的结构框图。如图3所示，该燃料电池包括：燃料罐11、重整器12、反应堆13、加湿部20和加热部30以及电力变换器14等。其中，在燃料罐11里灌入有汽油或其他碳氢化合物燃料；重整器12与燃料罐11相连，并利用供给的燃料产生氢气；反应堆13与重整器12相连，在反应堆13上同时进行从重整器12上产生的氢气的氧化反应和对另外供给的氧气的还原反应，并同时产生电和热；加湿部20连通设置在反应堆13的燃料供给侧，将冷凝水转换为水蒸气向反应堆13供给；加热部40对应反应堆13进行加热，使反应堆13的内部温度维持在一定的温度，防止反应堆13内部水份的冻结；电力变换器14连接于反应堆13，将反应堆13生成的直流电转换为常用的交流电。
反应堆13，在其电解质膜13a的两侧分别设置有燃料极(或阳极)13b和空气极(或阴极)13c，其中在燃料极13b上供给氢气或含氢气的燃料物质，在空气极13c上供给含氧气的氧化剂。
加热部40包括：电源供给部41、电加热器42以及电源开关43。其中，电源供给部41向电加热器42提供电源；电加热器42设置在反应堆13的外周面上，接收电源供给部41的电源后产生热量，使反应堆13的内部温度提升到设定温度以上；电源开关43接通或断开向电加热器42供给的电源。
在附图中为说明符号12a为反应炉、12b为燃烧器、18为泵。
如上所述结构的燃料电池被驱动后产生的电流通过电力变换器14后，被使用为各种电器产品的电源。
在燃料电池中，若反应堆13的电解质膜13a变干燥，氢离子(H+)的传导度会下降或电解质膜13a收缩，会导致膜和电极之间的接触电阻变大，故在向反应堆13供给氢气的同时，始终需要伴随水份的供给。
当燃料电池被驱动前，若反应堆13的内部温度低于设定温度，那么电源开关43将被接通，电源供给部41的电源向电加热器42供电，电加热器42开始工作，并产生热量，产生的热量将反应堆13的内部温度提升到设定温度以上，随后燃料电池被驱动。
如上所述，本发明的燃料电池反应堆的加热装置，通过设置在反应堆上的加热部，将反应堆的内部温度维持在设定温度以上，防止向反应堆内部供给的水份的冻结，进而防止在驱动初期不适应大的电量使用的问题。

Claims (4)

1.一种燃料电池反应堆的加热装置，该加热装置包括：重整器(12)、反应堆(13)，其特征在于，还设有加热部(30)，其中，重整器(12)从供给的燃料中生成氢气；在反应堆(13)中电解质膜(13a)的两侧分别设置有燃料极(13b)和空气极(13c)，向燃料极(13b)上供给有在重整器(12)上生成的氢气或含氢气的燃料，同时向空气极(13c)上供给有氧气或含氧气的氧化剂，并通过氢和氧的电化学反应产生电和热；加热部(30)将维持反应堆(13)内部的适当温度，并防止反应堆(13)内部的水份冻结。
2.根据权利要求1所述的燃料电池反应堆的加热装置，其特征在于，所述的加热部(30)包括：排气管(31)以及加热器(32)，其中，排气管(31)将重整器(12)上产生的废气排出至外部；加热器(32)包住反应堆(13)的外周面，并设置在排气管(31)的中间部，并接收从排气管(31)排出的废气而加热反应堆(13)。
3.根据权利要求2所述的燃料电池反应堆的加热装置，其特征在于，在排气管(31)上设置有能够调节向加热器(32)供给废气的量的开关阀(33)。
4.根据权利要求1所述的燃料电池反应堆的加热装置，其特征在于，所述的加热部(40)包括：电源供给部(41)、电加热器(42)以及电源开关(43)，其中，电源供给部(41)向电加热器(42)提供电源；电加热器(42)设置在反应堆(13)的外周面上，接收电源供给部(41)的电源后，产生并散发热量；电源开关(43)接通或断开向电加热器(42)供给的电源。
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