CN1612388A - 燃料电池的燃料供给装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池的燃料供给装置，在电解质膜的两侧设置燃料极和空气极，其中燃料极里供给B化合物[硼化合物]并向空气极里供给含有氧气的空气，使燃料和空气进行电化学反应而发电的燃料电池中，本发明包括有内部空间装有一定量的溶媒物质并与系统连接的燃料混合罐；装有在燃料混合罐的内部空间与溶媒物质混合而产生热量的溶剂物质及与上述溶解物一起以粉末状储藏并向上述燃料极里供给的B化合物，而且在系统运行之前结合在燃料混合罐上的燃料储存罐。因此本发明不必具备另外的燃料加热手段，所以能节省把燃料加热到适当温度时投入的能量，并且通过这些能节省燃料电池系统的运行费用。

Description

燃料电池的燃料供给装置

技术领域

本发明涉及燃料电池领域。

背景技术

人类使用的能量中大部分都是从化学燃料中得到的。但是，使用化学燃料会对大气造成污染及产生酸雨、地球变暖等，对环境有很深的恶劣影响，并且能量效率也低。

燃料电池是对这样的化学燃料采取的对策。燃料电池与一般的电池(2次电池)不同，是从外部向正极里供给燃料(氢气或者碳化氢)并向负极里供给氧，利用水的电分解逆反应原理进行电化学反应而产生电和热量的电池系列，实际上叫做发电系统。

燃料电池的发电方法是不经过燃料的燃烧(氧化)反应，而是经过氢和氧的电化学反应把反应前后的能量差直接转换成电能的方法。

若把燃料电池根据电解质类型分类的话，有在200℃附近运作的磷酸型燃料电池，在60~100℃范围运作的碱酸电解质型燃料电池，在常温~80℃范围运作的高分子电解质燃料电池，约在500~700℃范围的高温中运作的熔碳酸盐电解质型燃料电池，在1000℃以上的高温中运作的固体氧化物燃料电池。

图1是图示现有燃料电池一个实施例的系统图。这样的燃料电池如图1所示，通常包括为了由氢和氧的电化学反应来生成电能，隔着电解质膜(未图示)具备燃料极(11)和空气极(12)的燃料电池组(10)；把含有氢的水溶液状态的氢化硼(BH₄)，实际上是氢化硼钠(NaBH₄)供给到上述燃料极(11)里的燃料供给部(20)，把含有氧气的空气供给到上述空气极(12)里的空气供给部(30)，把燃料电池组(10)生成的电能导通到负荷上的电能输出部(40)，流经燃料电池组(10)的燃料重新回收到燃料供给部(20)里的燃料回收部(50)。

燃料供给部(20)是由装有一定量氢化硼钠的燃料罐(21)；把燃料罐(21)的出口连接在燃料电池组(10)燃料极(11)上的燃料供给管(22)；设置在燃料供给管(22)的中间，向燃料电池组(10)的燃料极(11)里抽吸而供给燃料的燃料泵(23)构成。

空气供给部(30)是由露出在大气外面设置的空气过滤器(31)；把空气过滤器(31)的出口连接在燃料电池组(10)空气极(12)上的空气供给管(32)；设置在空气供给管(32)的中间，向燃料电池组(10)的空气极(12)里抽吸而供给空气的气泵(33)；设置在气泵(33)和燃料电池组(10)空气极(12)之间，使空气含带水分的加湿器(34)构成。

燃料回收部(50)是由跟燃料电池组(10)的燃料极(11)和空气极(12)一起连通的气液分离器(51)；连接气液分离器(51)的下半部和燃料罐(21)的燃料回收管(52)；设置在燃料回收管(52)的中间，向燃料罐(21)里抽吸燃料的燃料回收泵(53)构成。

上述现有燃料电池里供给燃料的时候，电能产生的过程如同下述。

既，根据控制部的指令驱动燃料泵(23)，从燃料罐(21)抽吸燃料水溶液状态的BH₄，之后供给到燃料电池组(10)的燃料极(11)里。这样的燃料与空气极(12)供给的氧发生电化学反应而生成水，同时两个电极之间产生电流。

若更加详细说明，在燃料极(11)侧，燃料发生电化学氧化反应，

，因此电解质膜传送在氧化/还原反应中产生的离子；

空气极(12)中发生空气(氧)的电化学还原反应既，

。

因此，燃料极(11)和空气极(12)之间产生电动势，并且这电动势通过连接在燃料电池组(10)上的电能输出部(40)把电流供给到负荷上。

而且，经过燃料电池组(10)的反应物流入到气液分离器(51)里，使空气和氢分离。在这过程中，剩下的BH₁由燃料回收泵(53)抽吸，通过燃料回收管(52)循环到燃料罐(21)里。并且反复进行上述过程。

但是，上述现有燃料电池有以下问题。通常必须把燃料的温度提高到60~80℃左右，系统才能维持最佳的性能。但是，实际上运作初期燃料的温度比适当的温度低。因此为了提高燃料的温度，具备电加热器(未图示)等另外的加热手段或者延长初期启动时间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种燃料电池的燃料供给装置，不必另外具备提高燃料的供给温度的加热手段也能用适当的温度迅速供给燃料，能降低不必要的电力消耗的燃料电池的燃料供给装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：燃料电池的燃料供给装置在电解质膜的两侧设置燃料极和空气极，其中燃料极里供给B化合物[硼化合物]并向空气极里供给含有氧气的空气，使燃料和空气进行电化学反应而发电的燃料电池中，包括有内部空间装有一定量的溶剂并与系统连接的燃料混合罐；装有在燃料混合罐的内部空间与溶媒物质混合而产生热量的溶解物及、与上述溶解物一起以粉末状储藏并向上述燃料极里供给的B化合物，而且在系统运行之前结合在燃料混合罐上的燃料储存罐。

所述的溶媒是水(H₂O)。

所述的溶剂是氢氧化钠(NaOH)。

所述的溶媒是水(H₂O)并溶剂是氢氧化钠(NaOH)。

所述的为了搅拌混合溶媒及溶剂还有B化合物，燃料混合罐内部还具备有搅拌手段。

所述的燃料储存罐的出口上具备有在内部空间的内外之间向纵方向滑动而开闭的盖部件及弹性支撑上述盖部件而阻断燃料罐出口的弹性部件。

本发明的有益效果是：根据本发明的燃料电池的燃料供给装置，把B化合物跟氢氧化钠一起以粉末储存，并且系统开始运行时注入到储藏水的罐里，而且利用罐里的水和氢氧化钠的反应热把B化合物加热到适当的温度上。因此不必另外具备燃料加热手段也能把燃料加热到适当的温度上，所以能减少加热燃料时投入的能量，并且通过这些能降低燃料电池系统的运行费用。

附图说明

图1是图示现有燃料电池一个实施例的系统图。

图2是图示本发明燃料电池一个实施例的系统图。

图3是图示在本发明燃料电池中的燃料供给部的简略图。

图4是图示在本发明燃料电池中的燃料混合罐入口周围的平面图。

***对于图主要部分符号的说明料*

10：燃料电池组         11：燃料极

12：空气极             30：燃料供给部

40：电能输出部         50：燃料回收部

100：燃料供给部        110：燃料混合罐

111：燃料注入孔        112：盖安装部

113：托架插入槽        120：燃料储存罐

121：盖托架            121a：燃料排出孔

122：滑动盖            123：盖弹簧

130：燃料供给管        140：燃料泵

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：图2是图示本发明燃料电池一个实施例的系统图。图3是图示在本发明燃料电池中的燃料供给部的简略图。图4是图示在本发明燃料电池中的燃料混合罐入口周围的平面图。

如图所示，根据本发明的燃料电池包括有为了由氢和氧的电化学反应来生成电能，隔着电解质膜(未图示)具备燃料极(11)和空气极(12)的燃料电池组(10)；把含有氢的氢化硼钠(NaBH₄)供给到上述燃料极(11)里的燃料供给部(100)；把含有氧气的空气供给到上述空气极(12)里的空气供给部(30)，把燃料电池组(10)生成的电能供给到负荷上的电能输出部(40)，流经燃料电池组(10)的燃料重新回收到燃料供给部(20)里的燃料回收部(50)。

燃料供给部(20)是由在内部空间储存一定量水的燃料混合罐(110)；在内部空间储藏一定量的氢氧化钠(NaOH)和氢化硼钠，并且在系统运行之前与上述燃料混合罐(110)结合的燃料储存罐(120)；把燃料混合罐(110)的出口连接在燃料电池组(10)的燃料极(11)上的燃料供给管(130)；设置在燃料供给管(130)的中间，向燃料电池组(10)的燃料极(11)里抽吸供给燃料的燃料泵(140)构成。

燃料混合罐(110)如图3所示，为了与燃料储存罐(120)连接，在上侧形成燃料注入孔(111)；燃料注入孔(111)的一侧形成燃料供给孔(未图示)，燃料供给管(130)的入口端部用一定深度插入燃料供给孔。

燃料注入孔(111)如图4所示，为了使后述的燃料储存罐(120)的滑动盖(122)顶住，在中央的盖挂部(112)形成多个圆弧形状；为了使燃料储存罐(120)的盖托架(121)插入而被支撑，燃料注入孔(111)的周边凹陷而形成圆形的托架插入槽(113)。

而且，为了使水和氢氧化钠及氢化硼钠顺利混合，燃料混合罐(110)的内部空间应当还具备有搅拌器(150)。

燃料储存罐(120)如图3所示，其上侧中央设置带有上述燃料排出孔(121a)的盖托架(121)，盖托架(121)的内部设置有在上述燃料排出孔(121a)的内外之间滑动并开闭的滑动盖(122)，滑动盖(122)和盖托架(121)之间设置弹性支撑上述滑动盖(122)的盖弹簧(123)。

空气供给部(30)是由露出在外面的空气过滤器(31)；把空气过滤器(31)的出口连接在燃料电池组(10)空气极(12)上的空气供给管(32)；设置在空气供给管(32)的中间，向燃料电池组(10)的空气极(12)里抽吸供给空气的气泵(33)；设置在气泵(33)和燃料电池组(10)空气极(12)之间，使空气含水分的加湿器(34)构成。

燃料回收部(50)是由跟燃料电池组(10)的燃料极(11)和空气极(12)一起连通的气液分离器(51)；连接气液分离器(51)的下半部和燃料混合罐(110)的燃料回收管(52)；设置在燃料回收管(52)的中间，向燃料混合罐(110)里抽吸燃料的燃料回收泵(53)构成。

在图中，与现有的结构相同的部位使用了一样的符号。

上述本发明燃料电池的燃料供给装置有以下作用及效果。

既，向燃料极(11)里供给含有氢的氢化硼钠(NaBH₄)的同时向空气极(12)里供给含有氧气的空气，因此与电解质膜反应而生成离子。在离子进行电化学反应而生成水的过程中，燃料极(11)生成电子并向空气极(12)移动，其结果产生电。

若更加详细说明，在燃料极(11)侧发生电化学氧化反应，

，因此电解质膜传送氧化/还原反应中产生的离子；

空气极(12)中发生空气(氧)的电化学还原反应，

。

通过这样的反应产生的电通过电能输出部(40)向各负荷里导通电源，驱动各种电器。

在这里，向燃料极(11)里供给的燃料如同上述，得维持在60~80℃左右。在以前，大都利用电加热器(未图示)事先把向燃料极(11)里供给的燃料用适当的热量加热。但是在前面也提到，这样利用另外的加热手段的时候，浪费不必要的电力。所以在本发明中，不使用另外的加热手段，并且替代它的是使燃料在供给之前产生反应热，而且利用这样的反应热把燃料加热到适当的温度上。

为了这些，如图3所示，燃料储存罐(120)跟燃料电池系统独立具备并在系统运行之前与其结合，并且燃料储存罐(120)里用粉末的形状储存溶剂氢氧化钠和燃料氢化硼钠，与此相反与燃料储存罐(120)结合的燃料混合罐(110)里储存溶媒水。因此利用这些氢氧化钠和水混合时

产生的热量把氢化硼钠加热到适当的温度，之后通过燃料供给管(130)供给到燃料电池组(10)的燃料极(11)里。

这时，燃料混合罐(110)的内部具备搅拌器(150)，所以从燃料储存罐(120)注入的氢氧化钠和氢化硼钠跟燃料混合罐(110)里的水很好地混合，能迅速提高燃料的温度。

而且，燃料储存罐结合在燃料混合罐上的时候，燃料注入孔开启的过程如同下述。

既，如图3所示，结合之前燃料储存罐(120)的滑动盖(122)被盖弹簧(123)推着，所以维持阻断燃料排出孔(121a)的状态。

然后，为了运行系统，燃料储存罐(120)翻倒而与燃料混合罐(110)结合。这时如图3及图4所示，燃料储存罐(120)的盖托架(121)插入到燃料混合罐(110)的托架插入槽(113)里，与此相反滑动盖顶在燃料注入孔中心的顶起台阶上，其结果盖弹簧(123)被压缩并使滑动盖(122)向燃料储存罐(120)的内侧移动，接着燃料排出孔(121a)开启，并且燃料储存罐(120)里的燃料和溶媒物质通过燃料混合罐(110)的燃料注入孔(111)流入。

之后，在分开燃料储存罐(120)的时候，盖弹簧(123)恢复到原来的位置，并且滑动盖(122)向外侧移动而阻断燃料排出孔(121a)。

像这样，不必另外具备燃料加热手段也能把燃料加热到适当的温度上，因此能减少加热燃料时投入的能量，并且通过这些能降低燃料电池系统的运行费用。

Claims (6)

1.一种燃料电池的燃料供给装置，包括在电解质膜的两侧设置燃料极和空气极，其中燃料极里供给B化合物[硼化合物]并向空气极里供给含有氧气的空气，使燃料和空气进行电化学反应而发电的燃料电池中，其特征是：还包括内部空间装有一定量的溶剂并与系统连接的燃料混合罐；装有在燃料混合罐的内部空间与溶媒物质混合而产生热量的溶解物及与上述溶解物一起以粉末状储藏并向燃料极里供给的B化合物，而且在系统运行之前结合在燃料混合罐上的燃料储存罐。

2.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料供给装置，其特征是：溶媒是水(H₂O)。

3.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料供给装置，其特征是：溶剂是氢氧化钠(NaOH)。

4.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料供给装置，其特征是：溶媒是水(H₂O)并溶剂是氢氧化钠(NaOH)。

5.根据权利要求1或4所述的燃料电池的燃料供给装置，其特征是：为了搅拌混合溶媒及溶剂还有B化合物，燃料混合罐内部还具备有搅拌手段。

6.根据权利要求1所述的燃料电池的燃料供给装置，其特征是：燃料储存罐的出口上具备有在内部空间的内外之间向纵方向滑动而开闭的盖部件及弹性支撑上述盖部件而阻断燃料罐出口的弹性部件。

Images