DE102011076683A1

DE102011076683A1 - Brennstoffzellen-System

Info

Publication number: DE102011076683A1
Application number: DE102011076683A
Authority: DE
Inventors: Chih-Yen Lin; Chiang-Wen Lai
Original assignee: Nan Ya Printed Circuit Board Corp
Current assignee: Nan Ya Printed Circuit Board Corp
Priority date: 2011-02-23
Filing date: 2011-05-30
Publication date: 2012-08-23

Abstract

Ein Brennstoffzellen-System (100). Eine Luftpumpe (120) ist mit einem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden. Ein Brennstoffzellen-Stack (140) ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden. Luft wird mittels der Luftpumpe (120) in den Brennstoffzellen-Stack (140) gefördert. Eine Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) ist zwischen dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) und einem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112) verbindend angeordnet. Ein Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden. Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, tritt in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) in der Reihenfolge ein: durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112). Eine Brennstoff-Versorgungspumpe (190) ist zwischen einem Brennstoffbehälter (180) und dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbindend angeordnet. Ein Brennstoff tritt vom Brennstoffbehälter (180) durch Betrieb der Brennstoff-Versorgungspumpe (190) in den Brennstoffzellen-Stack (140) ein.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der taiwanesischen Patentanmeldung 100105950 , die am 23. Februar 2011 eingereicht worden ist, auf die hierin in ihrer Gesamtheit durch Verweis Bezug genommen wird.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Brennstoffzellen-System, und insbesondere auf ein Brennstoffzellen-System mit einer reduzierten Baugröße und welches das Auslaufen von Brennstoff verhindert.
Beschreibung der verwandten Technik
Brennstoffzelten verwenden Brennstoff, wie Methanol oder Wasserstoff, und Sauerstoff, um Elektrizität zu erzeugen. Beispielsweise wird bei einer Brennstoffzelle, die Methanol (CH₃OH) als Brennstoff verwendet, das Methanol und der Sauerstoff an die Anoden-Reaktionsseite bzw. an die Kathoden-Reaktionsseite transportiert, wo sie eine Redox-Reaktion eingehen. Hier finden an der Anoden-Reaktionsseite und der Kathoden-Reaktionsseite folgende Reaktionen statt:
An der Anoden-Reaktionsseite: CH₃OH + H₂O → CO₂ + 6H + 6e^–
An der Kathoden-Reaktionsseite: 3/2O₂ + 6H⁺ + 6e^– → 3 H₂O
Folglich wird während des Betriebs der Brennstoffzelle eine große Menge von Wasser an der Kathoden-Reaktionsseite erzeugt, die an die äußere Umgebung der Brennstoffzelle abgegeben werden muss. Eine herkömmliche Brennstoffzelle verwendet hierzu häufig zusätzliche Abflussrohre, um überflüssiges Wasser abzugeben. Aufgrund der Abflussrohre ist die herkömmliche Brennstoffzelle häufig unhandlich, was zu Schwierigkeiten beim Tragen oder im Betrieb führt. Darüber hinaus weist die herkömmliche Brennstoffzelle aufgrund von zusätzlichen Leitungen, die zum Transport von Luft (oder Sauerstoff) und von Brennstoff zu einem Brennstoffzellen-Stack verwendet werden, eine große Baugröße auf.
Weiterhin wird die Brennstoffzelle häufig von einem Brennstoffbehälter mit Brennstoff versorgt. Gegenwärtig ist der Brennstoffbehälter nicht mit Mitteln zum Verhindern des Auslaufens ausgestattet. Folglich läuft der vom Brennstoffbehälter aufgenommene Brennstoff in die äußere Umgebung aus, wenn der Brennstoffbehälter gekippt wird.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Eine ausführliche Beschreibung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen angegeben.
Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung stellt ein Brennstoffzellen-System bereit, welches einen ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, eine Luftpumpe, einen Brennstoffzellen-Stack, einen zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, eine Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung, einen Gas-Flüssigkeits-Trennungstank, einen Brennstoffbehälter und eine Brennstoff-Versorgungspumpe umfasst. Die Luftpumpe ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden. Der Brennstoffzellen-Stack ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden. Luft wird mittels der Luftpumpe durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Brennstoffzellen-Stack transportiert. Die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung ist zwischen dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus und dem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbindend angeordnet. Der Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden. Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, tritt in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank in der Reihenfolge ein: durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung, den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus. Die Brennstoff-Versorgungspumpe ist zwischen dem Brennstoffbehälter und dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbindend angeordnet. Brennstoff tritt durch den Betrieb der Brennstoff-Versorgungspumpe vom Brennstoffbehälter über den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Brennstoffzellen-Stack ein. Abgas, welches durch die Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack verwendet wird, treten vom Brennstoffzellen-Stack durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Brennstoffbehälter ein. Das Abgas und der Dampf treten durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung, den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations und Verdampfungsvorrichtung und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ein. Das Abgas und der Dampf treten vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung ein und werden durch die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung an die äußere Umgebung des Brennstoffzellen-System abgegeben.
Die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von ersten Kondensationsleitungen, eine Vielzahl von zweiten Kondensationsleitungen, eine Vielzahl von Abgas-Abführleitungen und mindestens einen Wärmetauscher. Die ersten und zweiten Kondensationsleitungen und Abgas-Abführleitungen sind zwischen dem ersten und zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbindend angeordnet. Der Wärmetauscher ist mit den ersten Kondensationsleitungen, den zweiten Kondensationsleitungen und den Abgas-Abführleitungen verbunden. Das Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, tritt durch die ersten Kondensationsleitungen in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ein. Das Abgas, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack verwendet wird, treten vom Brennstoffzellen-Stack durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Brennstoffbehälter ein. Das Abgas und der Dampf treten vom Brennstofftank durch die zweiten Kondensationsleitungen in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ein. Das Abgas und der Dampf werden vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank über die Abgas-Abführleitungen an die äußere Umgebung der Brennstoffzelle abgegeben.
Der Wärmetauscher weist eine Rippe auf.
Jede der Abgas-Abführleitungen weist eine Vielzahl von Entlüftungen auf.
Der erste Strömungskanal-Integrationsmechanismus umfasst eine erste Positionierplatte, eine erste haftende Dichtplatte, eine erste Strömungskanal-Dichtplatte, eine erste Strömungskanalplatte, eine zweite Strömungskanal-Dichtplatte, eine zweite Strömungskanalplatte, eine dritte Strömungskanal-Dichtplatte, eine zweite haftende Dichtplatte und eine zweite Positionierplatte, die in dieser Reihenfolge aneinander befestigt sind.
Das Brennstoffzellen-System umfasst weiterhin einen Luftfilter, welcher mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden ist und die Luft, welche von der Luftpumpe transportiert wird, reinigt.
Das Brennstoffzellen-System umfasst weiterhin ein Gebläse benachbart zur Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung.
Ein weiteres beispielhaftes Ausführungsbeispiel stellt ein Brennstoffzellen-System bereit, welches einen ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, eine Luftpumpe, einen Brennstoffzellen-Stack, einen zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, eine Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung, einen Gas-Flüssigkeits-Trennungstank, eine Brennstoff-Versorgungsvorrichtung und eine Brennstoff-Versorgungspumpe umfasst. Die Luftpumpe ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden. Der Brennstoffzellen-Stack ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden. Luft wird mittels der Luftpumpe durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Brennstoffzellen-Stack transportiert. Die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung ist zwischen dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus und dem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbindend angeordnet. Der Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden. Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, tritt in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank in der Reihenfolge ein: durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung, den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus. Die Brennstoff-Versorgungsvorrichtung umfasst einen Behälter, einen Versorgungsanschluss und ein Einweg-Ventil. Der Behälter nimmt einen Brennstoff auf. Der Versorgungsanschluss ist mit dem Behälter verbunden und weist einen Anschlusskörper auf. Der Anschlusskörper weist eine Brennstoffförderleitung und eine Luftleitung auf. Die Brennstoffförderleitung erstreckt sich in das innere des Behälters und fördert den Brennstoff aus dem Behälter. Die Luft tritt über die Luftleitung in den Behälter ein. Das Einweg-Ventil, welches mit der Luftleitung des Anschlusskörpers verbunden ist, ermöglicht es, dass die Luft über die Luftleitung in den Behälter eintritt und verhindert, dass der Brennstoff über die Luftleitung aus dem Behälter ausläuft. Die Brennstoff-Versorgungspumpe ist zwischen der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung und dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbindend angeordnet. Der Brennstoff tritt durch den Betrieb der Brennstoff-Versorgungspumpe von der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung über den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Brennstoffzellen-Stack ein. Abgas, welches durch die Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack verwendet wird, treten vom Brennstoffzellen-Stack durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Behälter ein. Des Abgas und der Dampf treten durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung, den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ein. Das Abgas und der Dampf treten vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung ein und werden durch die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung an die Umgebung des Brennstoffzellen-Systems abgegeben.
Der Versorgungsanschluss umfasst weiterhin einen Deckel, der mit dem Anschlusskörper und drehbar mit dem Tank verbunden ist.
Der Deckel ist drehbar mit dem Anschlusskörper verbunden.
Der Versorgungsanschluss umfasst weiterhin einen Dichtkörper, der zwischen dem Anschlusskörper und dem Deckel angeordnet ist.
Das Einweg-Ventil ist im Behälter angeordnet.
Die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von ersten Kondensationsleitungen, eine Vielzahl von zweiten Kondensationsleitungen, eine Vielzahl von Abgas-Abführleitungen und mindestens einen Wärmetauscher. Die ersten und zweiten Kondensationsleitungen und Abgas-Abführleitungen sind zwischen dem ersten und zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbindend angeordnet. Der Wärmetauscher ist mit den ersten Kondensationsleitungen, den zweiten Kondensationsleitungen und den Abgas-Abführleitungen verbunden. Das Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, tritt durch die ersten Kondensationsleitungen in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ein. Das Abgas, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack verwendet wird, treten vom Brennstoffzellen-Stack durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus in die Brennstoff-Versorgungsvorrichtung ein. Das Abgas und der Dampf treten von der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung durch die zweiten Kondensationsleitungen in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank ein. Das Abgas und der Dampf werden vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank über die Abgas-Abführleitungen an die äußere Umgebung der Brennstoffzelle abgegeben.
Der Wärmetauscher weist eine Rippe auf.
Jede der Abgas-Abführleitungen weist eine Vielzahl von Entlüftungen auf.
Der erste Strömungskanal-Integrationsmechanismus umfasst eine erste Positionierplatte, eine erste haftende Dichtplatte, eine erste Strömungskanal-Dichtplatte, eine erste Strömungskanalplatte, eine zweite Strömungskanal-Dichtplatte, eine zweite Strömungskanalplatte, eine dritte Strömungskanal-Dichtplatte, eine zweite haftende Dichtplatte und eine zweite Positionierplatte, die in dieser Reihenfolge aneinander befestigt sind.
Das Brennstoffzellen-System umfasst weiterhin einen Luftfilter, welcher mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus verbunden ist und die Luft, welche von der Luftpumpe transportiert wird, reinigt.
Das Brennstoffzellen-System umfasst weiterhin ein Gebläse benachbart zur Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann weitergehender dadurch verstanden werden, dass die folgende detaillierte Beschreibung und Beispiele mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen gelesen werden, wobei
1 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle ist;
2A eine perspektivische Bauteil-Darstellung eines ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus des Brennstoffzellen-Systems gemäß der Erfindung ist;
2B eine perspektivische Explosionsdarstellung des ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus des Brennstoffzellen-Systems gemäß der Erfindung ist;
3 eine perspektivische Darstellung einer Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung und eines zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus des Brennstoffzellen-Systems gemäß der Erfindung ist;
4 eine perspektivische Teildarstellung der Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung und eines zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus des Brennstoffzellen-Systems gemäß der Erfindung ist;
5 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennstoff Versorgungsvorrichtung ist;
6 eine ebene Ansicht eines Versorgungsanschlusses der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung ist; und
7 eine schematische Schnittdarstellung des Versorgungsanschlusses der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung ist.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die als am besten angesehene Art und Weise zum Ausführen der Erfindung. Diese Beschreibung hat den Zweck, die generellen Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen, die nicht in einem beschränkenden Sinn aufzufassen ist. Der Umfang der Erfindung wird am besten durch Bezugnahme auf die anhängenden Ansprüche bestimmt.
Bezugnehmend auf 1 umfasst ein Brennstoffzellen-System 100 einen ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111, eine Luftpumpe 120, einen Luftfilter 130, einen Brennstoffzellen-Stack 140, einen zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112, eine Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150, ein Gebläse 160, einen Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder einen Wasser-Rückgewinnungstank) 170, Brennstoffbehälter 180 und eine Brennstoff-Versorgungspumpe 190.
Der erste Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 kann mehrlagig sein und ist mit einer feingliedrigen Anordnung von Strömungskanälen zum Führen des Stroms eines Fluids ausgestattet. Wie in den 2A und 2B gezeigt, kann beispielsweise der erste Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 eine erste Positionierplatte 1111, eine erste haftende Dichtplatte 1112, eine erste Strömungskanal-Dichtplatte 1113, eine erste Strömungskanalplatte 1114, eine zweite Strömungskanal-Dichtplatte 1115, eine zweite Strömungskanalplatte 1116, eine dritte Strömungskanal-Dichtplatte 1117, eine zweite haftende Dichtplatte 1118 und eine zweite Positionierplatte 1119 umfassen, die in dieser Reihenfolge aneinander befestigt sind.
Wie in 1 dargestellt, ist die Luftpumpe 120 mit dem ersten Flusskanal-Integrations-Mechanismus 111 verbunden und transportiert Luft.
Der Luftfilter 130 ist mit dem ersten Flusskanal-Integrations-Mechanismus 111 verbunden und reinigt die Luft, die von der Luftpumpe 120 transportiert wird.
Der Brennstoffzellen-Stack 140 ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Brennstoffzellen-Stack 140 Methanol (CH₃OH) als Brennstoff verwenden, um eine elektrochemische oder Redoxreaktion auszuführen. Entsprechend wird Luft (oder Sauerstoff) mittels der Luftpumpe 120 durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 in den Brennstoffzellen-Stack 140 transportiert und reagiert an der Kathoden-Reaktionsseite des Brennstoffzellen-Stacks 140.
Ähnlich kann der zweite Strömungskanal-Reaktions-Mechanismus 112 mehrlagig sein und ist mit einer feingliedrigen Anordnung von Strömungskanälen zum Führen des Stroms eines Fluids ausgestattet.
Die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 ist zwischen dem ersten Strämungskanal-Integrationsmechanismus 111 und dem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112 verbindend angeordnet. Wie insbesondere in 3 gezeigt ist, umfasst die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 eine Vielzahl von ersten Kondensationsleitungen 151, eine Vielzahl von zweiten Kondensationsleitungen 152, eine Vielzahl von Abgas-Abführleitungen 153 und eine Vielzahl von Wärmetauschern 154.
Die ersten Kondensationsleitungen 151, die zweiten Kondensationsleitungen 152 und die Abgas-Abführleitungen 153 sind zwischen dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 und dem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112 verbindend angeordnet.
Die Wärmetauscher 154 sind mit den ersten Kondensationsleitungen 151, den zweiten Kondensationsleitungen 152 und den Abgas-Abführleitungen 153 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel können die Wärmetauscher 154 Rippen sein.
Wie weiterhin in 4 gezeigt, ist jede der Abgas-Abführleitungen 153 mit einer Vielzahl von Entlüftungen 153a ausgestattet.
Wie in 1 gezeigt, ist das Gebläse 160 benachbart zu der Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 angeordnet, um Hitze aus der Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 nach oben abzuführen.
Der Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 ist mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 verbunden.
Die Brennstoff-Versorgungspumpe 190 ist zwischen dem Brennstoffbehälter 180 und dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 verbindend angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel treten durch den Betrieb der Brennstoff-Versorgungspumpe 190 ein Brennstoff (CH₃OH) und Wasser (H₂O) vom Brennstoffbehälter 180 über den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 in den Brennstoffzellen-Stack 140 ein und reagieren an der Anoden-Reaktionsseite des Brennstoffzellen-Stacks 140.
Wie in den 1, 3 und 4 gezeigt, tritt entsprechend Wasser, welches an der Kathoden-Reaktionsseite von der Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks 140 gebildet wird, in der Reihenfolge durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150, den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112 in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 ein. Das Hochtemperatur-Wasser, das an der Kathoden-Reaktionsseite des Brennstoffzellen-Stacks 140 erzeugt wird, fließt nämlich durch die ersten Kondensationsleitungen 151 der Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 und tritt dann in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 ein. Da entsprechend Wärme vom Wasser, welches durch die ersten Kondensationsleitungen 151 zu den Wärmetauschern 154 geführt wird, weist das Wasser, welches in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 eintritt, eine relativ geringe Temperatur auf.
Das Abgas, des an der Anoden-Reaktionsseite durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks 140 und des Teils des Brennstoffs (CH₃OH), der nicht vom Brennstoffzellen-Stack 140 gebildet wird, tritt durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 in den Brennstoffbehälter 180 ein. Der flüssige Brennstoff (CH₃OH) verbleibt im Brennstoffbehälter 180 und der gasförmige Brennstoffdampf (CH₃OH) und Abgas treten durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 (zweite Kondensationsleitungen 152), den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112, die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 (zweite Kondensationsleitung 152) und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 ein.
Als nächstes treten das Abgas (CO₂) und eine kleine Menge von Dampf durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 in die Abgas-Abführleitung 153 der Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 ein. Anschließend werden des Abgas (CO₂) und überflüssiger Dampf durch die Abgas-Abführleitungen 153 an die äußere Umgebung des Brennstoffzellen-Systems 100 abgegeben. Insbesondere erhitzt die Wärme, die von den ersten Kondensationsleitungen 151 und den zweiten Kondensationsleitungen 152 an die Wärmetauscher 154 geleitet wird, das Abgas (CO₂) und den überflüssigen Dampf, die durch die Abgas-Abführleitungen 153 fließen. Gleichzeitig werden das Abgas (CO₂) und überflüssiger Dampf durch die nach oben gerichtete Saugwirkung des Gebläses 160 über die Entlüftungen 153a, die an den Abgas-Abführleitungen 153 angeordnet sind, an die äußere Umgebung des Brennstoffzellen-Systems 100 abgegeben.
Zusätzlich tritt das Wasser, das aufgrund einer Temperaturabnahme durch die Kondensatiion von Dampf, der durch die Abgas-Abführleitungen 153 fließt, gebildet wird, durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111 in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (oder Wasser-Rückgewinnungstank) 170 ein.
Mit der Anordnung des ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 111, des zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus 112, und der Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung 150 des Brennstoffzellen-Systems 100 werden keine zusätzlichen externen Leitungen und Verbindungen für den Transport von Brennstoff und Luft (Sauerstoff), die Zurückgewinnung von Brennstoff und Wasser und die Abfuhr von Abgas und überflüssigem Dampf benötigt. Das Brennstoffzellen-System 100 kann mit einer reduzierten Baugröße ausgestattet werden, wodurch es besser zu tragen und benutzen ist.
Darüber hinaus kann der Brennstoffbehälter 180 des Brennstoffzellen-Systems 100 selektiv durch eine Brennstoff-Versorgungsvorrichtung 200 ersetzt werden. Wie in den 5, 6 und 7 gezeigt, umfasst die Brennstoff-Versorgungsvorrichtung 200 einen Behälter 210, einen Versorgungsanschluss 220 und ein Einweg-Ventil 230.
Der Behälter 210 nimmt einen nicht dargestellten Brennstoff auf.
Der Versorgungsanschluss 220 ist mit dem Behälter 210 verbunden und umfasst einen Anschlusskörper 221 und einen Deckel 222, der drehbar mit dem Anschlusskörper 221 und dem Behälter 210 verbunden ist. Wie in 7 gezeigt, umfasst der Anschlusskörper 221 eine Brennstoffförderleitung 221a, eine Luftleitung 221b und einen Dichtkörper 221c. Die Brennstoffförderleitung 221a erstreckt sich in das Innere des Behälters 210 und fördert den Brennstoff in die äußere Umgebung des Behälters 210. Luft tritt in den Behälter über die Luftleitung 221b ein, so dass die Bildung eines Vakuums im Behälter 210 verhindert werden kann, wenn der Behälter den Brennstoff abgibt. Weiterhin ist der Dichtkörper 221c zwischen dem Anschlusskörper 221 und dem Deckel 222 angeordnet und verhindert, dass der vom Behälter 210 aufgenommene Brennstoff durch die Nahtstelle des Anschlusskörpers 221 und des Deckels 222 in die äußere Umgebung des Behälters 210 ausläuft. Zusätzlich kann der Dichtkörper 221c dieses Ausführungsbeispiels ein elastischer O-Ring sein.
Wie in den 6 und 7 gezeigt, ist das Einweg-Ventil 230 mit der Luftleitung 221b des Anschlusskörpers 221 verbunden. Aufgrund der gewählten Ausrichtung des Einweg-Ventils 230 ermöglicht es das Einweg-Ventil 230 der Luft, über die Luftleitung 221b in den Behälter 210 einzutreten und verhindert, dass der Brennstoff über die Luftleitung 221b in die äußere Umgebung des Behälters 210 ausläuft. Darüber hinaus ist in diesem Ausführungsbeispiel das Einweg-Ventil 230 im Behälter 210 angeordnet.
Während der Anwendung der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung 200 wird die Brennstoffversorgung durch die Anordnung der Luftleitung 221b des Anschlusskörpers 221 des Versorgungsanschlusses 220 gleichmäßig. Insbesondere wird aufgrund der Anordnung des Einweg-Ventils 230 der Brennstoff nicht durch die Luftleitung 221b in die äußere Umgebung des Behälters 210 auslaufen, selbst wenn die Brennstoff-Versorgungsvorrichtung 200 gekippt wird.
Die Erfindung ist anhand von Beispielen und bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden, die nicht als Beschränkung hierauf aufzufassen sind. Im Gegenteil ist beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen (welche dem Fachmann offensichtlich sind) abzudecken. Daher ist dem Umfang der anhängenden Ansprüche die breiteste Auslegung zuzuteilen, so dass alle Modifikationen und ähnliche Anordnungen eingeschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

TW 100105950 [0001]

Claims

Brennstoffzellen-System, umfassend einen ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111); eine Luftpumpe (120), die mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist; einen Brennstoffzellen-Stack (140), der mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist, wobei Luft mittels der Luftpumpe (120) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Brennstoffzellen-Stack (140) transportiert wird, einen zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112); eine Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), die zwischen dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) und dem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112) verbindend angeordnet ist; einen Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170), der mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist, wobei Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) in der Reihenfolge eintritt: durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112); einen Brennstoffbehälter (180); und eine Brennstoff-Versorgungspumpe (190), die zwischen dem Brennstoffbehälter (180) und dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbindend angeordnet ist, wobei Brennstoff durch den Betrieb der Brennstoff-Versorgungspumpe (190) vom Brennstoffbehälter (180) über den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Brennstoffzellen-Stack (140) eintritt, Abgas, welches durch die Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack (140) verwendet wird, vom Brennstoffzellen-Stack (140) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Brennstoffbehälter (180) eintreten, das Abgas und der Dampf durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) und ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) eintreten, und das Abgas und der Dampf vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) eintreten und durch die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) an die äußere Umgebung des Brennstoffzellen-System abgegeben werden.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) eine Vielzahl von ersten Kondensationsleitungen (151), eine Vielzahl von zweiten Kondensationsleitungen (152), eine Vielzahl von Abgas-Abführleitungen (153) und mindestens einen Wärmetauscher (154) umfasst, die ersten und zweiten Kondensationsleitungen (151, 152) und Abgas-Abführleitungen (153) zwischen dem ersten und zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111, 112) verbindend angeordnet sind, der Wärmetauscher (154) mit den ersten Kondensationsleitungen (151), den zweiten Kondensationsleitungen (152) und den Abgas-Abführleitungen (153) verbunden ist, das Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, durch die ersten Kondensationsleitungen (151) in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) eintritt, das Abgas, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack (140) verwendet wird, vom Brennstoffzellen-Stack (140) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Brennstoffbehälter (180) eintreten, das Abgas und der Dampf vom Brennstofftank durch die zweiten Kondensationsleitungen (152) in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) eintreten, und das Abgas und der Dampf vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) über die Abgas-Abführleitungen (153) an die äußere Umgebung der Brennstoffzelle abgegeben werden.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher (154) eine Rippe aufweist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 2, wobei jede der Abgas-Abführleitungen (153) eine Vielzahl von Entlüftungen (153a) aufweist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, wobei der erste Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) eine erste Positionierplatte (1111), eine erste haftende Dichtplatte (1112), eine erste Strömungskanal-Dichtplatte (1113), eine erste Strömungskanalplatte (1114), eine zweite Strömungskanal-Dichtplatte (1115), eine zweite Strömungskanalplatte (1116), eine dritte Strömungskanal-Dichtplatte (1117), eine zweite haftende Dichtplatte (1118) und eine zweite Positionierplatte (1119) umfasst, die in dieser Reihenfolge aneinander befestigt sind.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Luftfilter, welcher mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist und die Luft, welche von der Luftpumpe (120) transportiert wird, reinigt.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend ein Gebläse benachbart zur Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150).
Brennstoffzellen-System, umfassend einen ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111); eine Luftpumpe (120), die mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist; einen Brennstoffzellen-Stack (140), der mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist, wobei Luft mittels der Luftpumpe (120) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Brennstoffzellen-Stack (140) transportiert wird, einen zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112); eine Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), die zwischen dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) und dem zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112) verbindend angeordnet ist; einen Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170), der mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist, wobei Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) in der Reihenfolge eintritt: durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111); eine Brennstoff-Versorgungsvorrichtung (200) umfassend: einen Behälter (210) zur Aufnahme eines Brennstoffs, einen Versorgungsanschluss (220), der mit dem Behälter (210) verbunden ist und einen Anschlusskörper (221) aufweist, wobei der Anschlusskörper (221) eine Brennstoffförderleitung (221a) und eine Luftleitung (221b) aufweist, sich die Brennstoffförderleitung (221a) in das Innere des Behälters (210) erstreckt und den Brennstoff aus dem Behälter (210) fördert und die Luft über die Luftleitung (221b) in den Behälter (210) eintritt; ein Einweg-Ventil (230), welches mit der Luftleitung (221b) des Anschlusskörpers verbunden ist und es ermöglicht, dass die Luft über die Luftleitung (221b) in den Behälter (210) eintritt und verhindert, dass der Brennstoff nicht über die Luftleitung (221b) aus dem Behälter (210) ausläuft; und eine Brennstoff-Versorgungspumpe (190), die zwischen dem Brennstoff-Versorgungsvorrichtung (200) und dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbindend angeordnet ist, wobei der Brennstoff durch den Betrieb der Brennstoff-Versorgungspumpe (190) vom Brennstoff-Versorgungsvorrichtung (200) über den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Brennstoffzellen-Stack (140) eintritt, Abgas, welches durch die Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack (140) verwendet wird, vom Brennstoffzellen-Stack (140) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Behälter (210) eintreten, das Abgas und der Dampf durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150), den zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (112), die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) und den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) eintreten, und das Abgas und der Dampf vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) eintreten und durch die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) an die äußere Umgebung des Brennstoffzellen-Systems abgegeben werden.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 8, wobei der Versorgungsanschluss (220) weiterhin einen Deckel (222) umfasst, der mit dem Anschlusskörper (221) und drehbar mit dem Tank verbunden ist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 9, wobei der Deckel (222) drehbar mit dem Anschlusskörper (221) verbunden ist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 10, wobei der Versorgungsanschluss (220) weiterhin einen Dichtkörper (221c) umfasst, der zwischen dem Anschlusskörper (221) und dem Deckel (222) angeordnet ist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 8, wobei das Einweg-Ventil (230) im Behälter (210) angeordnet ist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 8, wobei die Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150) eine Vielzahl von ersten Kondensationsleitungen (151), eine Vielzahl von zweiten Kondensationsleitungen (152), eine Vielzahl von Abgas-Abführleitungen (153) und mindestens einen Wärmetauscher (154) umfasst, die ersten und zweiten Kondensationsleitungen (151, 152) und Abgas-Abführleitungen (153) zwischen dem ersten und zweiten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111, 112) verbindend angeordnet sind, der Wärmetauscher (154) mit den ersten Kondensationsleitungen (151), den zweiten Kondensationsleitungen (152) und den Abgas-Abführleitungen (153) verbunden ist, das Wasser, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) erzeugt wird, durch die ersten Kondensationsleitungen (151) in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) eintritt, das Abgas, welches durch eine Reaktion des Brennstoffzellen-Stacks (140) und der Teil des Brennstoffs, der nicht vom Brennstoffzellen-Stack (140) verwendet wird, vom Brennstoffzellen-Stack (140) durch den ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) in die Brennstoff-Versorgungsvorrichtung (200) eintreten, das Abgas und der Dampf von der Brennstoff-Versorgungsvorrichtung (200) durch die zweiten Kondensationsleitungen (152) in den Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) eintreten, und das Abgas und der Dampf vom Gas-Flüssigkeits-Trennungstank (170) über die Abgas-Abführleitungen (153) an die äußere Umgebung der Brennstoffzelle abgegeben werden.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 13, wobei der Wärmetauscher (154) eine Rippe aufweist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 13, wobei jede der Abgas-Abführleitungen (153) eine Vielzahl von Entlüftungen aufweist.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 8, wobei der erste Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) eine erste Positionierplatte (1111), eine erste haftende Dichtplatte (1112), eine erste Strömungskanal-Dichtplatte (1113), eine erste Strömungskanalplatte (1114), eine zweite Strömungskanal-Dichtplatte (1115), eine zweite Strömungskanalplatte (1116), eine dritte Strömungskanal-Dichtplatte (1117), eine zweite haftende Dichtplatte (1118) und eine zweite Positionierplatte (1119) umfasst, die in dieser Reihenfolge aneinander befestigt sind.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 8, weiterhin umfassend einen Luftfilter, welcher mit dem ersten Strömungskanal-Integrationsmechanismus (111) verbunden ist und die Luft, welche von der Luftpumpe (120) transportiert wird, reinigt.
Brennstoffzellen-System nach Anspruch 8, weiterhin umfassend ein Gebläse benachbart zur Kondensations- und Verdampfungsvorrichtung (150).