CN1612398A - 燃料电池系统的供水装置 - Google Patents

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金奎正
黄勇准
崔鸿
金铁焕
朴明硕
李明浩
高承泰
许成根
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明公开一种燃料电池系统的供水装置，其是在电发生器的阳极入口和燃料罐通过燃料供给管路连接，在电发生器的阴极入口上连接空气供给管路，其上设有加湿器，加湿器连接水罐，电发生器的阳极出口和阴极出口连接在气液分离器上，其气液分离器和燃料罐之间连接有燃料回收管路；在燃料回收管路上设置有水分离装置，其水分离装置与水罐通过水供给管路连接，其水分离装置为离子分离器。因设置了使从燃料回收管路回收的水和反应后的燃料混合液进行离子分离的离子分离器，从而使从燃料回收管路回收的水和反应后的燃料混合物在离子分离器上进行分离后，再使所得到的纯净的水通过水供给管路供给到水罐上，从而在水罐上形成机器自身供水。

Description

燃料电池系统的供水装置
技术领域
本发明涉及一种通过从外部供给的燃料和空气的电化学反应产生电的燃料电池系统，更详细的说是涉及一种提供燃料电池系统的加湿器上所必需的水，在机器上能够自主的供给从而省去了补充水的繁琐工作的燃料电池系统的供水装置。
背景技术
一般，燃料电池系统是把燃料的能源直接转换为电能源的装置，这种燃料电池系统的电发生器通常是以高分子电解质膜为中心，在两边上附着阳极和阴极。阳极(氧化电极或燃料极)上进行燃料氢的电化学氧化反应，阴极(还原电极或空气极)上进行氧化剂氧的电化学还原反应，此时因生成的电子移动而产生电能。
供给到燃料电池中的氢气是，液化天然气、液化石油气、甲醇、汽油等烃类燃料，燃料在转化炉里经过脱磺工程→转化反应→氢气提炼工程单提炼出氢，并将提炼出的氢以气态的形式使用的质子交换膜燃料电池系统，或是使用把固态的BH4 -转化为水溶液状态，直接作为燃料使用的硼燃料电池系统。
现有硼燃料电池系统的简略构成如图1所示，对此进行如下和简单说明。
如图1所示，现有的燃料电池1是，在产生电的电发生器2的一侧上设有为了储藏水溶液状态的BH4 -的燃料罐3，其燃料罐3和电发生器2的阳极入口上连接提供燃料的燃料供给管路4，而阳极的出口部和气液分离器12是由燃料排出管路5而连接，从而通过燃料排出管路5排出电发生器2上反应完后的燃料，此外在燃料供给管路4上设有抽吸燃料的燃料泵6。
电发生器2的阴极入口上设置有为了供给外部的空气的空气供给管路7，在出口部上设置有为了排出反应后的空气的空气排出管路8。
在空气供给管路7上还设置有为了抽吸外部空气的空气压缩机9和为了向电发生器2上供给水蒸气状态的空气的加湿器10，并在其加湿器10上连接设置有供给水的水罐11。
电发生器2的后方的燃料排出管路5和空气排出管路8分别与设置的为了分离液体和气体的气液分离器12连接，其气液分离器12和燃料罐3用燃料回收管路13进行连接，从而使燃料罐3回收由气液分离器12上分离的水和燃料混合液。
如上构成的现有的燃料电池系统在机器的动作开关接通时，在燃料泵6上泵出储存在燃料罐3的水溶液状态BH4 -，并通过燃料供给管路4供给到电发生器2的阳极的同时启动空气压缩机9，使空气通过空气供给管路7供给到电发生器2的阴极。
如上供给到电发生器2的水溶液状态的BH4 -和空气在电发生器2的阳极上进行氢的电化学氧化反应，在阴极上进行氧气的电化学还原，此时因生成的电子移动而产生电，此时发生的电聚集在集电板上而用于能源。
此时的反应方程是：
  E0＝1.64V
如上供给到电发生器2的阴极上的空气在加湿器10上经过加湿而供给，在加湿器10上为了加湿所需的水从水罐11上供给到加湿器10上，在气液分离器12上分离的水和反应后的燃料的混合液是通过燃料回收管路13回收到燃料罐3上，而氢气和空气则排出到外部。
但是，如上的现有燃料电池系统1的加湿器10上为了加湿所需的水是由水罐11供给的，但当其水罐11上储藏的水耗尽的情况下得从新补充，因此存在机器运营相当不便的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种使构成系统的部件简单，使系统的整体小型化，减少制造费用的同时减少耗电量的燃料电池系统的供水装置。
本发明所采用的技术方案是：一种燃料电池系统的供水装置，其是在将形成发电的电发生器的阳极入口和储藏燃料的燃料罐通过燃料供给管路连接，在电发生器的阴极入口上连接空气供给管路，并在其空气供给管路上设置为了加湿空气的加湿器，在其加湿器上连接设置为了向其加湿器供给水的水罐，电发生器的阳极出口和阴极出口连接在为了分离气体和液体的气液分离器上，气液分离器设置在电发生器的后方，其气液分离器和燃料罐之间连接有为了回收在气液分离器上分离出的水和反应后的燃料混合液的燃料回收管路而构成；在燃料回收管路上设置有将从燃料回收管路回收的反应后的燃料中分离出纯净的水的水分离装置，其水分离装置和储藏加湿器上供给水的水罐通过水供给管路连接，从而使从燃料回收管路回收的水和反应后的燃料混合物在离子分离器上进行分离，再使所得到的纯净的水通过水供给管路供给到水罐上，从而在储藏供给到加湿器的水的水罐上形成机器自身的供水。
综上所述，本发明的燃料电池系统的供水装置具有如下的效果。
在燃料回收管路上设置了使从燃料回收管路回收的水和反应后的燃料混合液进行离子分离的离子分离器，其离子分离器和储藏加湿器上供给水的水罐通过水供给管路连接，从而使从燃料回收管路回收的水和反应后的燃料混合物在离子分离器上进行分离后，再使所得到的纯净的水通过水供给管路供给到水罐上，从而在储藏供给到加湿器的水的水罐上形成机器自身供水，因此不需要另外的供水而方便运用。
附图说明
图1是现有燃料电池结构的示意图；
图2是本发明的具备水供给装置的燃料电池系统的构成示意图；
图3是本发明单一电池结构的纵断面图。
101：电发生器            102：燃料罐
103：燃料供给管路        105：空气供给管路
106：空气压缩机          107：加湿器
108：水罐                110：气液分离器
113：燃料回收管路        114：离子分离器
115：水供给管路
具体实施方式
下面结合附图的实施例对如上构成的本发明的燃料电池系统的供水装置详细进行说明如下。
图2是本发明的具备燃料回收调节装置的燃料电池系统的简略构成图。
如图2所示，本发明的燃料电池100，设置有与由水溶液状态的BH4 -和空气的电化学反应完成发电的电发生器101，间隔一定距离储藏供给到电发生器101的阳极上的水溶液状态的BH4 -的燃料罐102，在燃料罐102的下部和电发生器101的阳极入口为了能够供给燃料而通过燃料供给管路103进行连接，且在燃料供给管路103上设置有为了抽吸燃料的燃料泵104。
在电发生器101阴极的入口部上连接有供给空气的空气供给管路105，在空气供给管路105上设置有空气压缩机106和为了加湿空气的加湿器107，在其加湿器107上用连接管路109连接了储藏有供给到加湿器107上的水的水罐108。
另外还在电发生器101的后方上设置有为了分离液体和气体的气液分离器110，其气液分离器110上连接有燃料排出管路111和空气排出管路112，燃料排出管路111的另一端连接在电发生器101的阳极出口上，而空气排出管路112的另一端则连接在电发生器101的阴极出口上，而且其气液分离器110和燃料罐102是通过燃料回收管路113进行连接，从而使在气液分离器110上分离的水和反应后的燃料回收到燃料罐102上。
另外，燃料回收管路113上还设置有为了在由燃料回收管路113回收的水和反应后的燃料混合液中分离出纯净的水的离子分离器114，在其离子分离器114上连接有水供给管路115，从而使从离子分离器114上分离出的纯净的水供给到水罐108上，进而形成使机器自主的向加湿器107持续的供给水。
图3是本发明单一电池结构的纵断面图。如图3所示，在电解质膜121的两侧上粘着为了扩散反应气体的阳极122和阴极123而构成的膜-电极接合体124；紧密粘着在膜-电极接合体124的两侧，并在阳极122和阴极123上形成燃料气体及含氧气体的流路125的分隔板126；设置在分隔板126的两侧构成阳极122和阴极123的集电极的集电板127而构成。
膜-电极接合体124的电解质膜121是由高分子材料构成的离子交换膜，且有代表性的商品化的电解质膜121有杜邦公司的Nafion膜，其具有作氢离子传导体的作用的同时，有阻挡氧气和氢气接触的作用，阳极122和阴极123是支持氢储藏合金的催化层的支持体，是由多孔性碳纸或碳布在电解质膜121的两侧粘贴的结构。
分隔板126是由密质的碳板来形成，且在内侧面上形成有为了使流体流动的多个流路槽126a。
集电板127应该是导电性好、耐腐蚀性好、并且是不会发生氢脆化的为最佳，具体是使用钛、不锈钢、铜等能满足要求的任何一种材料都可以。
如上构成的本发明的具有水捕捉装置的燃料电池系统中，在机器的动作开关接通时，蓄电池上供给的电源通过电力变换器供给到燃料泵104上，从而启动燃料泵102，随之抽吸储存在燃料罐102里的水溶液状态的BH4 -再通过燃料供给管路103使燃料供给到电发生器101的阳极122。
此外，空气压缩机106通过空气供给管路105使空气供给到电发生器101的阴极123，如此供给的水溶液状态的BH4 -间隔着电解质膜121沿着在阳极122的外侧面上形成的流路125流动，并且进行全面扩散，空气沿着阴极123的外侧面上形成的流路125流动，并且进行全面扩散，从而在阳极122上进行电化学氧化反应，而在阴极123上进行电化学还原反应，这时生成的电子移动产生电，此时产生的电在集电板127上集聚并使用为能量源。
在电发生器101上发生的反应方程式是：
阳极：       E0＝1.24V
阴极：             E0＝0.4V
合计：             E0＝1.64V
另一面，在如上的电发生器101上形成发电时，在气液分离器110上分离出的水和反应后的燃料混合物通过燃料回收管路113回收到离子分离器114上，如此回收的水和反应后的燃料混合物在离子分离器114上进行分离后，仅有纯净的水通过水供给管路115供给到水罐108上，从而不需要再给水罐108上另外供给水，也能在加湿器107上形成机器自主的供给水。

Claims (2)

1.一种燃料电池系统的供水装置，其是在将形成发电的电发生器(101)的阳极入口和储藏燃料的燃料罐(102)通过燃料供给管路(103)连接，在电发生器(101)的阴极入口上连接空气供给管路(105)，并在其空气供给管路(105)上设置为了加湿空气的加湿器(107)，在其加湿器(107)上连接设置为了向其加湿器(107)供给水的水罐(108)，电发生器(101)的阳极出口和阴极出口连接在为了分离气体和液体的气液分离器(110)上，气液分离器(110)设置在电发生器(101)的后方，其气液分离器(110)和燃料罐(102)之间连接有为了回收在气液分离器(110)上分离出的水和反应后的燃料混合液的燃料回收管路(113)而构成；其特征在于，在燃料回收管路(113)上设置有将从燃料回收管路(113)回收的反应后的燃料中分离出纯净的水的水分离装置(114)，其水分离装置(114)和储藏加湿器(107)上供给水的水罐(108)通过水供给管路(115)连接，从而使从燃料回收管路(113)回收的水和反应后的燃料混合物在离子分离器(114)上进行分离，再使所得到的纯净的水通过水供给管路(115)供给到水罐(108)上，从而在储藏供给到加湿器(107)的水的水罐(108)上形成机器自身的供水。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统的供水装置，其特征在于所述的水分离装置(114)是可分离出纯净的水的离子分离器。
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