CN1577929A - 燃料电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种燃料电池系统，包括燃料电池组、燃料气体供应单元、氧化气体供应单元、燃料电池冷却单元、燃料气体加湿器、氧化气体加湿器以及控制单元。燃料气体加湿器使用从燃料电池组排出的残留燃料气体对从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体进行加湿，氧化气体加湿器使用从燃料电池组排出的残留氧化气体对从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体进行加湿。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统，特别涉及这样一种燃料系统，它能够利用从燃料电池组排出的残留燃料气体和残留氧化气体中所含的水分来加湿供给燃料电池组的燃料气体和氧化气体。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种将燃料(燃料气体)的化学能转化为电能的设备。
质子交换膜电池(PEMFC)使用固态聚合物作为电解质膜(一种离子交换膜)，阳极被放置在膜的一侧，阴极则放在膜的另一侧。通常，包括膜、阳极和阴极的一套装置被称为MEA(膜和电极装置)。
PEMFC一般的操作温度低于100℃，PEMFC通常被用作汽车的动力来源或小型电源。
在PEMFC中，氢气被通入阳极(燃料电极)，氧化气体(空气)则被通入阴极(空气电极)。通入阳极的氢气在催化剂作用下被分解为氢离子H+和电子e-，氢离子通过膜被输送到阴极，电子则通过导电材料制成的分离板被输送到阴极。被输送到阴极的氢离子和电子与被输送到阴极的氧化气体反应生成水，与此同时，电子从阳极到阴极的流动形成了电流，反应中还产生了热量和水。
PEMFC中发生了如下反应：
[阳极反应]
[阴极反应]
[总反应]
在PEMFC中，为了获得氢离子从阳极到阴极的稳定流动，必须向膜提供足够的水分以使得氢离子通过其流动。向膜提供水分的装置通常被称作加湿器，现在各种各样的加湿器正在研发中。
当膜没有被充分加湿时，膜表面的水分将随着通入到膜的气体蒸发，从而使得膜缺乏供氢离子转移的水分，氢离子就不会发生转移。这将使得燃料电池中的电化学反应遭到破坏。
另一方面，如果加湿器提供的水分过量，或者由于燃料电池在高输出下工作而在燃料电池中产生过量的水分，就可能向膜提供过量的水分。当向膜提供过量的水分时，使氢离子、电子和氧化气体发生反应的催化剂就会被水包围，从而使得氢离子和氧化气体通向催化剂的通路受到阻碍，这样燃料电池的输出量就会下降。
因此，为了让PEMFC在最佳功效下运行，供应的水分和产生的水必须根据操作条件加以考虑，以调节由加湿器提供的水量。
传统上用于PEMFC的加湿器利用在燃料电池组中循环的燃料电池组冷却水来对氢气和氧化气体进行加湿。
使用这样一套完整的加湿器，燃料电池系统的体积可能会减小，但是，当存在系统缺陷或受到外界震动时，安全就得不到保证。
而且，在使用传统的加湿器的PEMFC中，加湿用的水是由燃料电池组冷却水提供的去离子水(DI水)。因此，PEMFC的加湿器无法在冰点以下运行。
发明的背景部分所披露的信息仅仅是为了增加对发明背景的理解，并不能当作承认或者任何形式的暗示这些信息构成了已被本领域技术人员所知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种燃料电池系统，其中供应给燃料电池组的燃料气体和氧化气体由燃料电池组排出的残留燃料气体和氧化气体中所含的水分进行加湿，因此，可以使用防冻液作为冷却剂来冷却燃料电池组。
在本发明一个优选的实施方案中，燃料电池系统包括燃料电池组、燃料气体供应单元、氧化气体供应单元、燃料电池冷却单元、燃料气体加湿器、氧化气体加湿器以及控制单元。燃料气供应单元向燃料电池组提供燃料气体，氧化气体供应单元向燃料电池组提供氧化气体，燃料电池冷却单元使冷却剂在燃料电池组中循环来冷却燃料电池组，燃料气体加湿器使用燃料电池组排出的残留燃料气体来加湿由燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体，氧化气体加湿器使用燃料电池组排出的残留氧化气体来加湿由氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体，控制单元对燃料气体供应单元、氧化气体供应单元、以及燃料电池冷却单元进行控制。
优选的燃料气体加湿器包括一对分离板和加湿膜。分离板相对放置以使得从燃料电池组排出的冷却剂在他们之间流动。加湿膜放置在分离板的一侧以使得从燃料电池组排出的残留燃料气体在加湿膜的一侧流动，而从燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体在加湿膜的另一侧流动。在这对分离板间流动的冷却剂所含有的热量和残留的燃料气体所含有的热量被传递给了提供给燃料电池组的燃料气体，残留的燃料气体中所含有的水分通过加湿膜供给了供应给燃料电池组的燃料气体。
优选的氧化气体加湿器包括一对分离板和加湿膜。分离板相对放置以使得从燃料电池组排出的冷却剂在他们之间流动，加湿膜放置在分离板的一侧以使得从燃料电池组排出的残留氧化气体在加湿膜的一侧流动，而从氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体在加湿膜的另一侧流动。在这对分离板间流动的冷却剂所含有的热量和残留的氧化气体所含有的热量被传递给了提供给燃料电池组的燃料气体，残留的氧化气体中所含有的水分通过加湿膜供给了供应给燃料电池组的氧化气体。
优选的燃料电池冷却单元包括散热器、冷却剂循环通道以及冷却剂泵。散热器被用来散发通过燃料电池组之后的冷却剂中所含的热量，冷却剂循环通道连接燃料电池组和散热器以便冷却剂在燃料电池组和散热器之间循环，冷却剂泵被放置在冷却剂循环通道中抽吸冷却剂以使被散热器冷却的冷却剂供应给燃料电池组，并将在燃料电池组中吸收了热量的冷却剂供应给散热器。
优选的燃料电池冷却单元还包括冷却剂旁路通道和冷却剂过滤器。冷却剂旁路通道在燃料电池组中设立旁路，冷却剂过滤器被放置在冷却剂旁路通道中过滤冷却剂。
优选的冷却剂是一种防冻液。
更优选的燃料电池系统还包括由控制单元控制的辅助加湿器。辅助加湿器收集通过燃料气体加湿器的残留燃料气体和通过氧化气体加湿器的残留氧化气体中的水，并对由燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体和由氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体进行加湿。
优选的辅助加湿器包括残留废气冷凝单元、水贮藏单元、一级注入器以及二级注入器。残留废气冷凝单元对经过燃料气体加湿器的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器的残留氧化气体进行冷凝，水贮藏单元接收并储存由残留废气冷凝单元产生的水，一级注入器将储存在水贮藏单元中的水注入到由燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体中，而二级注入器将储存在水贮藏单元中的水注入到由氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体。
优选的辅助加湿器还包括电加热器以加热储存在水贮藏单元中的水，而且优选电加热器被控制在当环境温度低于预定温度时的运行一段预定的时间。
优选的一级和二级注入器是超声波注入喷嘴，而且优选的是他们被控制在燃料电池组开始运行之后的运行一段预定的时间。
优选的残留废气冷凝单元包括一级冷凝器、二级冷凝器、散热器、冷却剂循环通道以及冷却剂泵。一级冷凝器使经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体冷凝，而二级冷凝器使经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体冷凝。散热器冷却经过一级和二级冷凝器之后的冷却剂，冷却剂循环通道连接一级和二级冷凝器以及散热器以使得冷却剂在一级和二级冷凝器以及散热器之间循环。冷却剂泵被放置在冷却剂循环通道中抽吸冷却剂以使得经过散热器的冷却剂被提供给燃料电池组，一级和二级冷凝器，并回到散热器。
附图说明
插入的附图构成了说明书的一部分，说明了本发明的一个实施方案，并结合说明书来解释了本发明的原理，其中：
图1是根据本发明的优选实施方案的显示燃料电池系统的示意图；
图2说明的是图1所示的燃料电池系统的燃料气体加湿器；
图3说明的是图1所示的燃料电池系统的氧化气体加湿器。
具体实施方式
下文中，将根据附图对本发明的一个优选实施方案进行详细描述。
如图1所示，根据本发明的优选实施方案，燃料电池系统11包括燃料电池组13、燃料气体供应单元15、氧化气体供应单元17、燃料电池冷却单元19、燃料气体加湿器21、氧化气体加湿器23以及控制单元25。
控制单元25可以包含处理器和相关硬件，本领域的普通技术人员根据本发明的教导，可以对其进行选择和编程。
燃料电池组13包括多个电池，而且每个燃料电池最好是质子交换膜燃料电池。燃料电池组13通过燃料气体和氧化气体之间的电化学反应产生电能。
根据本发明的优选实施方案，在燃料电池系统11中燃料气体可以是氢气，而氧化气体可以是氧气，可以通过将含有氧气的空气供应给燃料电池组13的方式为其提供氧化气体。
燃料气体供应单元15通过燃料气体供应管线27向燃料电池组提供燃料气体，氧化气体供应单元17通过氧化气体供应管线29向燃料电池组13提供氧化气体。燃料气体供应单元15可以是一个储存燃料气体的燃料气体罐，氧化气体供应单元17可以是一个鼓风机将氧化气体(更具体地说是含有氧气的空气)提供给燃料电池组13。
供应给燃料电池组13的氧化气体和燃料气体相互之间发生反应，而反应的结果就产生了电能。
供应给燃料电池组13的部分氧化气体和燃料气体没有相互反应而残留下来，残留的燃料气体通过残留燃料气体排出管线31从燃料电池组13中排出，残留的氧化气体则通过残留氧化气体排出管线33从燃料电池组13中排出。
燃料电池冷却单元19将燃料电池组13中产生的热量散发到大气中去，从而防止了燃料电池组13的温度过高。燃料电池冷却单元19包括一个散热器35，也可使用任何热交换器来代替散热器35。
散热器35的一个出口通过冷却剂循环管线37与燃料电池组13的一个入口相连，燃料电池组13的出口和散热器35的入口则通过冷却剂循环管线37经由燃料气体和氧化气体加湿器21和23后连接起来。
冷却剂泵39被放置在冷却剂循环管线37中。冷却剂泵39抽吸冷却剂循环管线37中的冷却剂以使其在散热器35、燃料电池组13、以及燃料气体和氧化气体加湿器21和23之间循环。
因此，由燃料电池组13产生的热量被冷却剂吸收，而冷却剂吸收的热量主要通过散热器35传递到大气中去，这样燃料电池组13就得到了冷却。
根据本发明的优选实施方案，燃料电池系统11中的冷却剂优选防冻液。
根据本发明的优选实施方案，在燃料电池系统11中，供应给燃料电池组13的燃料气体和氧化气体可使用由燃料电池组13排出的残留燃料气体和残留氧化气体中所含的水进行加湿。这就是说，由于燃料气体和氧化气体不是由冷却剂加湿，冷却剂无需使用去离子水(DI水)。
由于防冻液被用作冷却剂，根据本发明的优选实施方案，燃料电池系统11中燃料电池冷却单元19可以在与传统燃料电池系统相比更低的环境温度下工作(例如在零度以下)。
作为实例，本发明优选实施方案的燃料电池系统11的冷却剂可以是乙二醇和纯水的混合物(例如50％的乙二醇和50％的纯水)。
部分冷却剂(例如10％的冷却剂)经过一条绕过了燃料电池组13以及燃料气体和氧化气体加湿器21和23的冷却剂旁路管线41流动，并经过了放置在冷却剂旁路管线41中的冷却剂过滤器43。乙烯可以腐蚀冷却剂流经部分的成分而使冷却剂存在杂质，而这些杂质可能使燃料电池组13发生故障。冷却剂过滤器43将这些杂质从冷却剂中除去。
燃料气体加湿器21对供应给燃料电池组13的燃料气体加湿。
如图1和图2所示，燃料气体经由燃料气体供应管线27供应给燃料电池组13，残留的燃料气体经由燃料气体排出管线31和燃料气体加湿器21从燃料电池组13中排出。从燃料电池组13中排出的冷却剂也通过了燃料气体加湿器21。
燃料气体加湿器21包括一对相对放置的分离板45和47，和至少有一个加湿膜49(或51)。分离板45和47可以由聚合物制成，例如聚碳酸酯或者石墨。加湿膜49(或51)是一种离子交换膜，它可以是任何一种能够通过其传递水分的膜。如图2所示，加湿膜49被放置在分离板45和47的外侧。
从燃料电池组13中排出的的冷却剂在分离板45和47之间流动。从燃料电池组13中排出的残留燃料气体在加湿膜49(或者51)的一侧流动，而提供给燃料电池组13的燃料气体在加湿膜49的另一侧流动。
由于冷却剂在分离板45和47之间流动，冷却剂流与供应给燃料电池组13和从燃料电池组13中排出的燃料气流之间是相互分开的。
由于从燃料电池组13中排出的残留燃料气体流经加湿膜49的一侧，而供应给燃料电池组13的燃料气体流经加湿膜49的另一侧，燃料电池组13排出的残留燃料气体中所含有的水经过加湿膜49传递给了供应给燃料电池组13的燃料气体，从而加湿了供应给燃料电池组13的燃料气体。而且，从燃料电池组13排出的冷却剂和从燃料电池组13排出的残留燃料气体中所含的热量也传递给了供应给燃料电池组13的燃料气体。
通过调整分离板45和47以及加湿膜49和51的面积和数量，供应给燃料电池组13的燃料气体可以被适当地加湿。优选的是燃料气体被燃料气体加湿器21加湿，这样供应的燃料气的相对湿度为75±10％RH。
如图3所示，氧化气体加湿器23的结构与燃料气体加湿器21相似。
氧化气体加湿器23包括一对相对放置的分离板53和55，并至少有一个加湿膜57(或59)。
从燃料电池组13中排出的冷却剂在分离板对53和55之间流动。从燃料电池组13中排出的残留氧化气体在加湿膜57的一侧流动，而提供给燃料电池组13的氧化气体在加湿膜57(或59)的另一侧流动。
分离板53和55可以由与燃料气体加湿器21中的分离板45和47相同的材料制成，加湿膜57也可以由与燃料气体加湿器21中的加湿膜49相同的材料制成。
因此，从燃料电池组13排出的残留氧化气体中的水经过加湿膜57传递给了供应给燃料电池组13的氧化气体。相应地，供应给燃料电池组13的氧化气体得到了加湿。
此外，从燃料电池组排出的冷却剂和残留氧化气体中所含有的热量被传递给了供应给燃料电池组13的氧化气体。
与燃料气体加湿器21类似，通过调整分离板53和55以及加湿膜57和59的面积和数量，供应给燃料电池组13的氧化气体可以得到适当的加湿。
优选的是氧化气体被氧化气体加湿器23加湿，使得供应的氧化气体的相对湿度为35±10％RH。
根据本发明的优选实施方案，燃料电池系统11包括一个燃料气体回收单元61用以回收部分从燃料电池组13排出的残留燃料气体。
燃料气体回收单元61被放置在连接燃料气体排出管线31和燃料气体供应管线27的燃料气体回收管线63中，它促使部分排出的燃料气体进入燃料供应管线27，这样，燃料气体被供应给了燃料电池组13。作为一个实例，燃料气体回收单元61可以是一个压缩机。
根据本发明的优选实施方案，燃料电池系统11还含有一个辅助加湿器65用以加湿供应给燃料电池组13的燃料气体和氧化气体。辅助加湿器65从经过燃料气体加湿器27之后的残留燃料气体以及经过氧化气体加湿器29之后的残留氧化气体中收集水分，并用收集的水分对供应给燃料电池组13的氧化气体和燃料气体加湿。
辅助加湿器65包括一个排出气体冷凝单元67，用以冷凝经过燃料气体加湿器21之后的残留燃料气体以及经过氧化气体加湿器23之后的残留氧化气体中所含的水。它包括一个一级冷凝器69用以冷凝经过燃料气体加湿器21之后的残留燃料气体，以及一个二级冷凝器71用以冷凝经过氧化气体加湿器23之后的残留氧化气体。
一级和二级冷凝器69和71通过一条冷却剂循环管线73与散热器75相连接。
冷却剂泵77被放置在冷却剂循环管线73中，冷却剂泵77抽吸冷却剂以使得冷却剂通过冷却剂循环管线73在一、二级冷凝器69和71以及散热器75之间循环。
当冷却剂经过一级和二级冷凝器69和71时，一、二级冷凝器使残留的燃料气体和残留的氧化气体中所含的水分冷凝，这样就可以从残留废气中收集到水分。由一、二级冷凝器69和71收集的水分被储存在水贮藏单元79中。
这样，利用冷却剂在废气冷凝单元67中的循环，马达89和马达控制单元91就可以更好地得到冷却。
此外，辅助加湿器65还包括一个放置在燃料气体供应管线27中的一级水注入器81，用以将水注入到燃料气体供应管线27中的燃料气体中，以及一个放置在氧化气体供应管线29中的二级注入器83，用以将水注入到氧化气体供应管线29中的氧化气体中。
一级和二级水注入器81和83可以是超声波超细喷嘴，它是一种利用超声波注入液体的设备。超声波超细喷嘴是本技术领域所熟知的，因此省略对其进一步的说明。
水被分别供应给一级和二级水注入器81和83，一级水注入器81将得到的水注入到燃料气体供应管线27中，二级水注入器83将得到的水注入到氧化气体供应管线29中。
控制单元25控制着一级和二级水注入器81和83的运行。优选的是一级和二级水注入器81和83被控制以在燃料电池系统11启动后运行一段预定的时间(例如10秒)。由于在燃料电池系统11的初始运行阶段，残留的氧化气体和残留的燃料气体中所含有的水分不够充足，供应的燃料气体和氧化气体被辅助加湿器65进行加湿。
此时，优选的是燃料气体被加湿到相对湿度75±10％RH，氧化气体被加湿到相对湿度35±10％RH。
优选的是，水贮藏单元79的尺寸适当以储存一定量的水，用来对氧化气体和燃料气体加湿10秒。
根据本发明的优选实施方案，燃料电池系统11还包括一个放置在水贮藏单元79中的加热器85。加热器可以是利用外部能源提供电能产生热量的任何设备(例如电池)。当储存在水贮藏单元79中的水结冰时，加热器85可以使其融化。
控制单元25控制加热器85的运行。优选的是控制单元25控制加热器85在环境温度低于预定温度(如4℃)时启动，环境温度可以由一个温度传感器(未标出)进行测量。
燃料电池系统11包括一个冷却剂贮藏单元87，用以储存在燃料电池冷却单元19和废气冷凝单元67之间循环的冷却剂。
尽管本发明的优选实施方案已经在上文中进行了详细描述，但还是应该清楚地认识到，如附加权利要求书所说明的，对本领域技术人员而言可能出现的对这里所讲述的基本创造性概念的多种变化和/或修改仍然属于本发明的实质和范围之内。
根据本发明的优选实施方案，氧化气体和燃料气体被从燃料电池组中排出的残留氧化气体和燃料气体加湿，因而可以使用防冻液作为冷却剂。因此，燃料电池系统可以在冰点以下运行。
此外，由于根据本发明的优选实施方案中的燃料电池系统包括辅助加湿器，燃料气体和氧化气体可以在燃料电池系统启动的初始阶段得到加湿。
Claims (33)
1.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池组；
燃料气体供应单元，用来为燃料电池组提供燃料气体；
氧化气体供应单元，用来为燃料电池组提供氧化气体；
燃料电池冷却单元，使得冷却剂在燃料电池组内循环以冷却燃料电池组；
燃料气体加湿器，使用从燃料电池组中排出的残留燃料气体来加湿从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体；
氧化气体加湿器，使用从燃料电池组中排出的残留氧化气体来加湿从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体；和
控制单元，用来控制燃料气体供应单元、氧化气体供应单元、以及燃料电池冷却单元，
其中燃料气体加湿器包括：
一对相对放置的分离板，燃料电池组排出的冷却剂在他们之间流动；和
放置在分离板一侧的加湿膜，从燃料电池组排出的残留燃料气体在加湿膜的一侧流动，而从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体在加湿膜的另一侧流动，
其中，在这对分离板之间流动的冷却剂中所含有的热量以及残留的燃料气体中所含有的热量传递给了供应给燃料电池组的燃料气体，而残留的燃料气体中所含有的水分通过加湿膜提供给了供应给燃料电池组的燃料气体。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中的燃料电池冷却单元包括：
散热器，用来散发经过燃料电池组之后的冷却剂中所含有的热量；
连接燃料电池组和散热器的冷却剂循环通道，使得冷却剂在燃料电池组和散热器之间循环；和
放置在冷却剂循环通道中冷却剂泵，它抽吸冷却剂以使得被散热器冷却的冷却剂供应到燃料电池组，并将从燃料电池组吸收了热量的冷却剂供应到散热器。
3.根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中的燃料电池冷却单元还包括：
绕过燃料电池组的冷却剂旁路通道；和
放置在冷却剂旁路通道中的冷却剂过滤器，来过滤冷却剂。
4.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中的冷却剂是一种防冻液。
5.根据权利要求1所述的燃料电池系统，还包括一个由控制单元控制的辅助加湿器，辅助加湿器收集经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体中所含有的水分，并对从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体和从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体进行加湿。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中的辅助加湿器包括：
残留废气冷凝单元，用来冷凝经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体；
水贮藏单元，用来接收并储存由残留废气冷凝单元产生的水；
一级注入器，用来将储存在水贮藏单元中的水注入到从燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体；和
二级注入器，用来将储存在水贮藏单元中的水注入到从氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体。
7.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中的辅助加湿器还包括电加热器，用来加热储存在水贮藏单元中的水。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中的电加热器被控制在当环境温度低于预定温度时启动一段预定的时间。
9.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中的一级和二级注入器是超声波注入喷嘴。
10.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中的一级和二级注入器被控制在燃料电池组初始运行之后运行一段预定的时间。
11.根据权利要求6所述的燃料电池系统，其中的残留废气冷凝单元包括：
一级冷凝器，用来冷凝经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体；
二级冷凝器，用来冷凝经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体；
散热器，用来冷却经过一级和二级冷凝器之后的冷却剂；
连接一、二级冷凝器以及散热器的冷却剂循环通道，使得冷却剂在一、二级冷凝器以及散热器之间循环；和
放置在冷却剂循环通道中冷却剂泵，它抽吸冷却剂以使得经过散热器之后的冷却剂被供应给燃料电池组，一、二级冷凝器，再回到散热器。
12.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池组；
燃料气体供应单元，用来向燃料电池组供应燃料气体；
氧化气体供应单元，用来向燃料电池组供应氧化气体；
燃料电池冷却单元，用来使冷却剂在燃料电池组中循环以冷却燃料电池组；
燃料气体加湿器，使用从燃料电池组中排出的残留燃料气体来对从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体进行加湿；
氧化气体加湿器，使用从燃料电池组中排出的残留氧化气体来加湿从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体；和
控制单元，用来控制燃料气体供应单元、氧化气体供应单元、以及燃料电池冷却单元，
其中氧化气体加湿器包括：
一对相对放置的分离板，燃料电池组排出的冷却剂在他们之间流动；和
放置在分离板一侧的加湿膜，从燃料电池组排出的残留氧化气体在加湿膜的一侧流动，而从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体在加湿膜的另一侧流动，
其中，在这对分离板之间流动的冷却剂中所含有的热量以及残留的氧化气体中所含有的热量传递给了供应给燃料电池组的氧化气体，而残留的氧化气体中所含有的水分通过加湿膜提供给了供应给燃料电池组的氧化气体。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中的燃料电池冷却单元包括：
散热器，用来散发经过燃料电池组之后的冷却剂中所含有的热量；
连接燃料电池组和散热器的冷却剂循环通道，使得冷却剂在燃料电池组和散热器之间循环；和
放置在冷却剂循环通道中冷却剂泵，它抽吸冷却剂以使得被散热器冷却的冷却剂供应到燃料电池组，并将从燃料电池组吸收了热量的冷却剂供应到散热器。
14.根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中的燃料电池冷却单元还包括：
绕过燃料电池组的冷却剂旁路通道；和
放置在冷却剂旁路通道中的冷却剂过滤器，来过滤冷却剂。
15.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中的冷却剂是一种防冻液。
16.根据权利要求12所述的燃料电池系统，还包括由控制单元控制的辅助加湿器，辅助加湿器收集经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体中所含有的水分，并对从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体和从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体进行加湿。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其中的辅助加湿器包括：
残留废气冷凝单元，用来冷凝经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体；
水贮藏单元，用来接收并储存由残留废气冷凝单元产生的水；
一级注入器，用来将储存在水贮藏单元中的水注入到从燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体；和
二级注入器，用来将储存在水贮藏单元中的水注入到从氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体。
18.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中的辅助加湿器还包括电加热器，用来加热储存在水贮藏单元中的水。
19.根据权利要求18所述的燃料电池系统，其中的电加热器被控制在当环境温度低于预定温度时启动一段预定的时间。
20.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中的一级和二级注入器是超声波注入喷嘴。
21.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中的一级和二级注入器被控制在燃料电池组初始运行之后的运行一段预定的时间。
22.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中的残留废气冷凝单元包括：
一级冷凝器，用来冷凝经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体；
二级冷凝器，用来冷凝经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体；
散热器，用来冷却经过一级和二级冷凝器之后的冷却剂；
连接一、二级冷凝器以及散热器的冷却剂循环通道，使得冷却剂在一、二级冷凝器以及散热器之间循环；和
放置在冷却剂循环通道中冷却剂泵，它抽吸冷却剂以使得经过散热器之后的冷却剂被供应给燃料电池组，一、二级冷凝器，再回到散热器。
23.一种燃料电池系统，包括：
燃料电池组；
燃料气体供应单元，用来向燃料电池组供应燃料气体；
氧化气体供应单元，用来向燃料电池组供应氧化气体；
燃料电池冷却单元，用来使冷却剂在燃料电池组中循环以冷却燃料电池组；
燃料气体加湿器，使用从燃料电池组中排出的残留燃料气体来对从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体进行加湿；
氧化气体加湿器，使用从燃料电池组中排出的残留氧化气体来加湿从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体；和
控制单元，用来控制燃料气体供应单元、氧化气体供应单元、以及燃料电池冷却单元，
其中燃料气体加湿器包括：
一对相对放置的分离板，燃料电池组排出的冷却剂在他们之间流动；和
放置在分离板一侧的加湿膜，从燃料电池组排出的残留氧化气体在加湿膜的一侧流动，而从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体在加湿膜的另一侧流动，
其中，在这对分离板之间流动的冷却剂中所含有的热量以及残留的氧化气体中所含有的热量传递给了供应给燃料电池组的氧化气体，而残留的氧化气体中所含有的水分通过加湿膜提供给了供应给燃料电池组的氧化气体，
其中氧化气体加湿器包括：
一对相对放置的分离板，燃料电池组排出的冷却剂在他们之间流动；和
放置在分离板一侧的加湿膜，从燃料电池组排出的残留氧化气体在加湿膜的一侧流动，而从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体在加湿膜的另一侧流动，
其中在这对分离板之间流动的冷却剂中所含有的热量以及残留的氧化气体中所含有的热量传递给了供应给燃料电池组的氧化气体，而残留的氧化气体中所含有的水分通过加湿膜提供给了供应给燃料电池组的氧化气体。
24.根据权利要求23所述的燃料电池系统，其中的燃料电池冷却单元包括：
散热器，用来散发经过燃料电池组之后的冷却剂中所含有的热量；
连接燃料电池组和散热器的冷却剂循环通道，使得冷却剂在燃料电池组和散热器之间循环；和
放置在冷却剂循环通道中冷却剂泵，它抽吸冷却剂以使得被散热器冷却的冷却剂供应到燃料电池组，并将从燃料电池组吸收了热量的冷却剂供应到散热器。
25.根据权利要求24所述的燃料电池系统，其中的燃料电池冷却单元还包括：
绕过燃料电池组的冷却剂旁路通道；和
放置在冷却剂旁路通道中的冷却剂过滤器，来过滤冷却剂。
26.根据权利要求23所述的燃料电池系统，其中的冷却剂是一种防冻液。
27.根据权利要求23所述的燃料电池系统，还包括由控制单元控制的辅助加湿器，辅助加湿器收集经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体中所含有的水分，并对从燃料气体供应单元供应给燃料电池组的燃料气体和从氧化气体供应单元供应给燃料电池组的氧化气体进行加湿。
28.根据权利要求27所述的燃料电池系统，其中的辅助加湿器包括：
残留废气冷凝单元，用来冷凝经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体和经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体；
水贮藏单元，用来接收并储存由残留废气冷凝单元产生的水；
一级注入器，用来将储存在水贮藏单元中的水注入到从燃料气体供应单元提供给燃料电池组的燃料气体；和
二级注入器，用来将储存在水贮藏单元中的水注入到从氧化气体供应单元提供给燃料电池组的氧化气体。
29.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中的辅助加湿器还包括电加热器，用来加热储存在水贮藏单元中的水。
30.根据权利要求29所述的燃料电池系统，其中的电加热器被控制在当环境温度低于预定温度时启动一段预定的时间。
31.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中的一级和二级注入器是超声波注入喷嘴。
32.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中的一级和二级注入器被控制在燃料电池组初始运行之后的运行一段预定的时间。
33.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中的残留废气冷凝单元包括：
一级冷凝器，用来冷凝经过燃料气体加湿器之后的残留燃料气体；
二级冷凝器，用来冷凝经过氧化气体加湿器之后的残留氧化气体；
散热器，用来冷却经过一级和二级冷凝器之后的冷却剂；
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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 | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070328 Termination date: 20100126 |