CN1921201A - 具有充电单元的燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有充电单元的燃料电池，包括：燃料供应单元，用于供应燃料；重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢的含氢气体；堆单元，通过由该重整器产生的氢与另外供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；电源转换器，其安装在该堆单元的一侧，用于转换由该堆单元产生的电流；以及充电单元，其安装在该电源转换器的一侧，用于给电器充电。该燃料电池能够利用夜间驱动期间产生的多余电力对电动机进行充电，因而能量效率得以提高。

Description

具有充电单元的燃料电池
相关申请
本申请涉及2005年8月22日申请的在先韩国申请No.10-2005-0077001所包含的主题，其全部内容通过参考援引于此。
技术领域
本发明涉及一种具有充电单元的燃料电池，更具体地涉及一种能够利用夜间驱动形成的多余电力给电动机充电的具有充电单元的燃料电池。
背景技术
建筑物中使用的电能是由水电厂或热电厂产生的。由电厂产生的电能通过电力传输线供应到各地区的建筑物或家庭中。然后，所供应的电能用于使电视机、荧光灯、电冰箱、空调等得以运行。
然而，为了从电厂获得电能，电厂必须烧油或烧煤来产生热能。然后，热能必须被转换为电能，从而降低了发电效率。另外，在通过电力传输线将电厂产生的电能传输到各建筑物时，会产生电力损耗，从而导致低能量效率。也就是说，消耗了大量燃料能量来获得将用于各建筑物中的电能。由于消耗了诸如油、煤等燃料能量，会产生污染物，从而导致环境污染。
因此，正在开发一种用于以生态友好的方式产生电能的具有卓越能量效率的燃料电池。燃料电池通过从外部供应的燃料与空气之间的电化学反应，利用燃料的化学能直接产生电能。
图1为示出根据现有技术的燃料电池的示意图。
如图所示，现有技术的燃料电池系统包括：燃料供应单元10，用于供应一定量的燃料；重整器20，用于通过从燃料供应单元10接收燃料来产生包含氢的含氢气体和热量；堆单元30，用于通过从重整器20产生的氢与另外供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；以及电源转换器(powerconverter)40，用于转换从堆单元30产生的电力。
重整器20包括：脱硫反应器(DS)21，用于利用水和空气去除由燃料供应单元10供应的燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用于使燃料与蒸汽发生反应；高温蒸汽反应器(HTSR)23，用于使一氧化碳与蒸汽发生反应；低温蒸汽反应器(LTSR)24，用于将一氧化碳转换为二氧化碳；部分氧化反应器(PRO)25，用于将尚未被氧化的一氧化碳转换为二氧化碳；反应炉26，用于通过重整过程和氢提纯过程从燃料中产生氢；以及燃烧器27，其与反应炉26相接触，用于向反应炉26供热。
多个单元电池相互堆叠从而形成堆单元30，每个单元电池由阳极31、电解质32和阴极33构成。在堆单元30的一侧安装有电源转换器40，用于将由堆单元30产生的直流电转换为家庭使用的交流电。
在用于将从重整器产生的含氢气体供应到堆单元30的供应管线34中安装有浓度检测传感器50，用于检测含氢气体中包含的一氧化碳的浓度。
尚未说明的附图标号11和13表示压缩机，附图标号12表示空气供应单元。
现有技术的燃料电池的工作说明如下。
首先，由燃料供应单元10向重整器20供应燃料例如甲醇、液化天然气(LNG)、汽油等。然后，在重整器20中进行蒸汽重整过程和部分氧化过程，从而产生包含氢的含氢气体、反应热和水。
在已经供应了含氢气体的堆单元30中，向阳极31供应氢，从而通过电化学氧化过程氢被氧化为H+和e-。通过电解质32向阴极33供应电离的氢，电子移动通过阳极31，从而产生电力、热量和水。从堆单元30产生的电力被电源转换器40转换，从而用以运行电器。
然而，现有技术的燃料电池存在如下问题。由于诸如电冰箱等电器必须24小时持续供电，所以持续驱动燃料电池，从而无论电器的数量如何而提供相同的电能。但是，由于夜晚使用的电器数量会减少，所以当在夜间向电器供给与白天相同的电能时，燃料会被浪费。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有充电单元的燃料电池，其能够利用夜间驱动形成的多余电力给电动机充电。
为获得这些以及其它优点，并且根据本发明的目的，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种具有充电单元的燃料电池，包括：燃料供应单元，用于供应燃料；重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢的含氢气体；堆单元，通过由该重整器产生的氢与另外供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；电源转换器，其安装在该堆单元的一侧，用于转换由该堆单元产生的电流；以及充电单元，其安装在该电源转换器的一侧，用于给电器充电。
通过以下结合附图对于本发明的具体描述，本发明的前述以及其它目的、特征、方案和优点将更为明显。
附图说明
附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，用以提供对于本发明的进一步理解，附图示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释发明原理。
在附图中：
图1为示出根据现有技术的燃料电池结构的示意图；
图2为示出根据本发明第一实施例的具有充电单元的燃料电池的示意图；以及
图3为示出图2中充电单元结构的示意图。
具体实施方式
详细参考本发明的优选实施例，其实例示出于附图中。
下面将更详细地说明根据本发明的具有充电单元的燃料电池。
图2为示出根据本发明第一实施例的具有充电单元的燃料电池的示意图，图3为示出图2中充电单元结构的示意图。
如图所示，根据本发明的具有充电单元60的燃料电池包括：燃料供应单元10，用于供应燃料；重整器20，用于通过从燃料供应单元10接收燃料来产生包含氢的含氢气体；堆单元30，用于通过由重整器20产生的氢与另外供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；电源转换器40，其安装在堆单元30的一侧，用于转换由堆单元30产生的电流；以及充电单元60，其安装在电源转换器40的一侧，用于给电器充电。
重整器20包括：脱硫反应器(DS)21，用于利用水和空气去除从燃料供应单元10供应的燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用于使燃料与蒸汽发生反应；高温蒸汽反应器(HTSR)23，用于使一氧化碳与蒸汽发生反应；低温蒸汽反应器(LTSR)24，用于将一氧化碳转换为二氧化碳；部分氧化反应器(PRO)25，用于将尚未被氧化的一氧化碳转换为二氧化碳；反应炉26，用于通过重整过程和氢提纯过程从燃料中产生氢；以及燃烧器27，其与反应炉26相接触，用于向反应炉26供热。
多个单元电池相互堆叠从而形成堆单元30，每个单元电池由阳极31、电解质32和阴极33构成。在堆单元30的一侧安装有电源转换器40，用于将由堆单元30产生的直流电转换为家庭使用的交流电。
在用于将由重整器20产生的含氢气体供应到堆单元30的供应管线34中安装有浓度检测传感器50，用于检测含氢气体中包含的一氧化碳的浓度。
充电单元60包括：开关模式电源(SMPS)61，其与电源转换器相连接，用于根据各个电器来转换电流；双极放大器(BOP)62，其与SMPS 61相连接，用于放大由SMPS 61所转换的电流；以及引线63，其与双极放大器(BOP)62相连接，用于给各个电器充电。
SMPS 61是模块型电源装置，用于将从外部供应的电流转换为与计算机、彩色电视机、录像机(VCR)、交换器、无线通信装置等相应的电流。SMPS61利用半导体开关特性控制高频而不是商用周波，并且减弱了冲击。
SMPS根据各电路和各输入/输出功率而分为几种类型。近来，谐振电路是最常用的，并且，用于将110V或220V交流电(AC)转换为5V～48V直流电(DC)的AC/DC转换器以及用于将5V～48V直流电转换为3.3V～48V直流电的DC/DC转换器也是最常用的。
首先，由燃料供应单元10向重整器20供应诸如甲醇、液化天然气、汽油等燃料和水。然后，在重整器20中进行蒸汽重整过程和部分氧化过程，从而产生包含氢的含氢气体、反应热和水。
在已经供应了含氢气体的堆单元30中，向阳极31供应氢，从而通过电化学氧化过程氢被氧化为H+和e-。通过电解质32向阴极33供应电离的氢，电子移动通过阳极31，从而产生电、热量和水。
由堆单元30产生的电力被电源转换器40转换，从而用以运行电器。由于在夜晚使用的电器数量减少，所以用夜间驱动期间产生的多余电力对电动机以及其它装置进行充电。因此，该燃料电池的能量效率得以提高。
由于本发明可以具体实施为多种形式而不脱离其精神或实质特征，因此应当理解：除非另有规定，上述实施例不受限于任何前述细节，而应在随附权利要求书所限定的精神和范围内被广泛地解释；因此，落入权利要求书的界限或其等效范围内的全部变化和修改都应被随附权利要求书所涵盖。

Claims (2)

1、一种具有充电单元的燃料电池，包括：
燃料供应单元，用于供应燃料；
重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢的含氢气体；
堆单元，通过由该重整器产生的氢与另外供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；
电源转换器，其安装在该堆单元的一侧，用于转换由该堆单元产生的电流；以及
充电单元，其安装在该电源转换器的一侧，用于给电器充电。
2、如权利要求1所述的燃料电池，其中该充电单元包括：
开关模式电源，其与该电源转换器相连接，用于根据各个电器来转换电流；
双极放大器，其与该开关模式电源相连接，用于放大该开关模式电源转换后的电流；以及
引线，其与该双极放大器相连接，用于给各个电器充电。
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