專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的供水裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種通過從外部供給的燃料和空氣的電化學反應產(chǎn)生電的燃料電池系統(tǒng)，更詳細的說是涉及一種提供燃料電池系統(tǒng)的加濕器上所必需的水，在機器上能夠自主的供給從而省去了補充水的繁瑣工作的燃料電池系統(tǒng)的供水裝置。
背景技術：
一般，燃料電池系統(tǒng)是把燃料的能源直接轉換為電能源的裝置，這種燃料電池系統(tǒng)的電發(fā)生器通常是以高分子電解質膜為中心，在兩邊上附著陽極和陰極。陽極(氧化電極或燃料極)上進行燃料氫的電化學氧化反應，陰極(還原電極或空氣極)上進行氧化劑氧的電化學還原反應，此時因生成的電子移動而產(chǎn)生電能。
供給到燃料電池中的氫氣是，液化天然氣、液化石油氣、甲醇、汽油等烴類燃料，燃料在轉化爐里經(jīng)過脫磺工程→轉化反應→氫氣提煉工程單提煉出氫，并將提煉出的氫以氣態(tài)的形式使用的質子交換膜燃料電池系統(tǒng)，或是使用把固態(tài)的BH4-轉化為水溶液狀態(tài)，直接作為燃料使用的硼燃料電池系統(tǒng)。
現(xiàn)有硼燃料電池系統(tǒng)的簡略構成如圖1所示，對此進行如下和簡單說明。
如圖1所示，現(xiàn)有的燃料電池1是，在產(chǎn)生電的電發(fā)生器2的一側上設有為了儲藏水溶液狀態(tài)的BH4-的燃料罐3，其燃料罐3和電發(fā)生器2的陽極入口上連接提供燃料的燃料供給管路4，而陽極的出口部和氣液分離器12是由燃料排出管路5而連接，從而通過燃料排出管路5排出電發(fā)生器2上反應完后的燃料，此外在燃料供給管路4上設有抽吸燃料的燃料泵6。
電發(fā)生器2的陰極入口上設置有為了供給外部的空氣的空氣供給管路7，在出口部上設置有為了排出反應后的空氣的空氣排出管路8。
在空氣供給管路7上還設置有為了抽吸外部空氣的空氣壓縮機9和為了向電發(fā)生器2上供給水蒸氣狀態(tài)的空氣的加濕器10，并在其加濕器10上連接設置有供給水的水罐11。
電發(fā)生器2的后方的燃料排出管路5和空氣排出管路8分別與設置的為了分離液體和氣體的氣液分離器12連接，其氣液分離器12和燃料罐3用燃料回收管路13進行連接，從而使燃料罐3回收由氣液分離器12上分離的水和燃料混合液。
如上構成的現(xiàn)有的燃料電池系統(tǒng)在機器的動作開關接通時，在燃料泵6上泵出儲存在燃料罐3的水溶液狀態(tài)BH4-，并通過燃料供給管路4供給到電發(fā)生器2的陽極的同時啟動空氣壓縮機9，使空氣通過空氣供給管路7供給到電發(fā)生器2的陰極。
如上供給到電發(fā)生器2的水溶液狀態(tài)的BH4-和空氣在電發(fā)生器2的陽極上進行氫的電化學氧化反應，在陰極上進行氧氣的電化學還原，此時因生成的電子移動而產(chǎn)生電，此時發(fā)生的電聚集在集電板上而用于能源。
此時的反應方程是E0＝1.64V如上供給到電發(fā)生器2的陰極上的空氣在加濕器10上經(jīng)過加濕而供給，在加濕器10上為了加濕所需的水從水罐11上供給到加濕器10上，在氣液分離器12上分離的水和反應后的燃料的混合液是通過燃料回收管路13回收到燃料罐3上，而氫氣和空氣則排出到外部。
但是，如上的現(xiàn)有燃料電池系統(tǒng)1的加濕器10上為了加濕所需的水是由水罐11供給的，但當其水罐11上儲藏的水耗盡的情況下得從新補充，因此存在機器運營相當不便的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種使構成系統(tǒng)的部件簡單，使系統(tǒng)的整體小型化，減少制造費用的同時減少耗電量的燃料電池系統(tǒng)的供水裝置。
本發(fā)明所采用的技術方案是一種燃料電池系統(tǒng)的供水裝置，其是在將形成發(fā)電的電發(fā)生器的陽極入口和儲藏燃料的燃料罐通過燃料供給管路連接，在電發(fā)生器的陰極入口上連接空氣供給管路，并在其空氣供給管路上設置為了加濕空氣的加濕器，在其加濕器上連接設置為了向其加濕器供給水的水罐，電發(fā)生器的陽極出口和陰極出口連接在為了分離氣體和液體的氣液分離器上，氣液分離器設置在電發(fā)生器的后方，其氣液分離器和燃料罐之間連接有為了回收在氣液分離器上分離出的水和反應后的燃料混合液的燃料回收管路而構成；在燃料回收管路上設置有將從燃料回收管路回收的反應后的燃料中分離出純凈的水的水分離裝置，其水分離裝置和儲藏加濕器上供給水的水罐通過水供給管路連接，從而使從燃料回收管路回收的水和反應后的燃料混合物在離子分離器上進行分離，再使所得到的純凈的水通過水供給管路供給到水罐上，從而在儲藏供給到加濕器的水的水罐上形成機器自身的供水。
綜上所述，本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的供水裝置具有如下的效果。
在燃料回收管路上設置了使從燃料回收管路回收的水和反應后的燃料混合液進行離子分離的離子分離器，其離子分離器和儲藏加濕器上供給水的水罐通過水供給管路連接，從而使從燃料回收管路回收的水和反應后的燃料混合物在離子分離器上進行分離后，再使所得到的純凈的水通過水供給管路供給到水罐上，從而在儲藏供給到加濕器的水的水罐上形成機器自身供水，因此不需要另外的供水而方便運用。
圖1是現(xiàn)有燃料電池結構的示意圖；圖2是本發(fā)明的具備水供給裝置的燃料電池系統(tǒng)的構成示意圖；圖3是本發(fā)明單一電池結構的縱斷面圖。
101電發(fā)生器102燃料罐103燃料供給管路105空氣供給管路106空氣壓縮機 107加濕器108水罐110氣液分離器113燃料回收管路114離子分離器115水供給管路具體實施方式
下面結合附圖的實施例對如上構成的本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的供水裝置詳細進行說明如下。
圖2是本發(fā)明的具備燃料回收調節(jié)裝置的燃料電池系統(tǒng)的簡略構成圖。
如圖2所示，本發(fā)明的燃料電池100，設置有與由水溶液狀態(tài)的BH4-和空氣的電化學反應完成發(fā)電的電發(fā)生器101，間隔一定距離儲藏供給到電發(fā)生器101的陽極上的水溶液狀態(tài)的BH4-的燃料罐102，在燃料罐102的下部和電發(fā)生器101的陽極入口為了能夠供給燃料而通過燃料供給管路103進行連接，且在燃料供給管路103上設置有為了抽吸燃料的燃料泵104。
在電發(fā)生器101陰極的入口部上連接有供給空氣的空氣供給管路105，在空氣供給管路105上設置有空氣壓縮機106和為了加濕空氣的加濕器107，在其加濕器107上用連接管路109連接了儲藏有供給到加濕器107上的水的水罐108。
另外還在電發(fā)生器101的后方上設置有為了分離液體和氣體的氣液分離器110，其氣液分離器110上連接有燃料排出管路111和空氣排出管路112，燃料排出管路111的另一端連接在電發(fā)生器101的陽極出口上，而空氣排出管路112的另一端則連接在電發(fā)生器101的陰極出口上，而且其氣液分離器110和燃料罐102是通過燃料回收管路113進行連接，從而使在氣液分離器110上分離的水和反應后的燃料回收到燃料罐102上。
另外，燃料回收管路113上還設置有為了在由燃料回收管路113回收的水和反應后的燃料混合液中分離出純凈的水的離子分離器114，在其離子分離器114上連接有水供給管路115，從而使從離子分離器114上分離出的純凈的水供給到水罐108上，進而形成使機器自主的向加濕器107持續(xù)的供給水。
圖3是本發(fā)明單一電池結構的縱斷面圖。如圖3所示，在電解質膜121的兩側上粘著為了擴散反應氣體的陽極122和陰極123而構成的膜-電極接合體124；緊密粘著在膜-電極接合體124的兩側，并在陽極122和陰極123上形成燃料氣體及含氧氣體的流路125的分隔板126；設置在分隔板126的兩側構成陽極122和陰極123的集電極的集電板127而構成。
膜-電極接合體124的電解質膜121是由高分子材料構成的離子交換膜，且有代表性的商品化的電解質膜121有杜邦公司的Nafion膜，其具有作氫離子傳導體的作用的同時，有阻擋氧氣和氫氣接觸的作用，陽極122和陰極123是支持氫儲藏合金的催化層的支持體，是由多孔性碳紙或碳布在電解質膜121的兩側粘貼的結構。
分隔板126是由密質的碳板來形成，且在內(nèi)側面上形成有為了使流體流動的多個流路槽126a。
集電板127應該是導電性好、耐腐蝕性好、并且是不會發(fā)生氫脆化的為最佳，具體是使用鈦、不銹鋼、銅等能滿足要求的任何一種材料都可以。
如上構成的本發(fā)明的具有水捕捉裝置的燃料電池系統(tǒng)中，在機器的動作開關接通時，蓄電池上供給的電源通過電力變換器供給到燃料泵104上，從而啟動燃料泵102，隨之抽吸儲存在燃料罐102里的水溶液狀態(tài)的BH4-再通過燃料供給管路103使燃料供給到電發(fā)生器101的陽極122。
此外，空氣壓縮機106通過空氣供給管路105使空氣供給到電發(fā)生器101的陰極123，如此供給的水溶液狀態(tài)的BH4-間隔著電解質膜121沿著在陽極122的外側面上形成的流路125流動，并且進行全面擴散，空氣沿著陰極123的外側面上形成的流路125流動，并且進行全面擴散，從而在陽極122上進行電化學氧化反應，而在陰極123上進行電化學還原反應，這時生成的電子移動產(chǎn)生電，此時產(chǎn)生的電在集電板127上集聚并使用為能量源。
在電發(fā)生器101上發(fā)生的反應方程式是陽極E0＝1.24V陰極E0＝0.4V合計E0＝1.64V另一面，在如上的電發(fā)生器101上形成發(fā)電時，在氣液分離器110上分離出的水和反應后的燃料混合物通過燃料回收管路113回收到離子分離器114上，如此回收的水和反應后的燃料混合物在離子分離器114上進行分離后，僅有純凈的水通過水供給管路115供給到水罐108上，從而不需要再給水罐108上另外供給水，也能在加濕器107上形成機器自主的供給水。
權利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)的供水裝置，其是在將形成發(fā)電的電發(fā)生器(101)的陽極入口和儲藏燃料的燃料罐(102)通過燃料供給管路(103)連接，在電發(fā)生器(101)的陰極入口上連接空氣供給管路(105)，并在其空氣供給管路(105)上設置為了加濕空氣的加濕器(107)，在其加濕器(107)上連接設置為了向其加濕器(107)供給水的水罐(108)，電發(fā)生器(101)的陽極出口和陰極出口連接在為了分離氣體和液體的氣液分離器(110)上，氣液分離器(110)設置在電發(fā)生器(101)的后方，其氣液分離器(110)和燃料罐(102)之間連接有為了回收在氣液分離器(110)上分離出的水和反應后的燃料混合液的燃料回收管路(113)而構成；其特征在于，在燃料回收管路(113)上設置有將從燃料回收管路(113)回收的反應后的燃料中分離出純凈的水的水分離裝置(114)，其水分離裝置(114)和儲藏加濕器(107)上供給水的水罐(108)通過水供給管路(115)連接，從而使從燃料回收管路(113)回收的水和反應后的燃料混合物在離子分離器(114)上進行分離，再使所得到的純凈的水通過水供給管路(115)供給到水罐(108)上，從而在儲藏供給到加濕器(107)的水的水罐(108)上形成機器自身的供水。
2.根據(jù)權利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)的供水裝置，其特征在于所述的水分離裝置(114)是可分離出純凈的水的離子分離器。
全文摘要
本發(fā)明公開一種燃料電池系統(tǒng)的供水裝置，其是在電發(fā)生器的陽極入口和燃料罐通過燃料供給管路連接，在電發(fā)生器的陰極入口上連接空氣供給管路，其上設有加濕器，加濕器連接水罐，電發(fā)生器的陽極出口和陰極出口連接在氣液分離器上，其氣液分離器和燃料罐之間連接有燃料回收管路；在燃料回收管路上設置有水分離裝置，其水分離裝置與水罐通過水供給管路連接，其水分離裝置為離子分離器。因設置了使從燃料回收管路回收的水和反應后的燃料混合液進行離子分離的離子分離器，從而使從燃料回收管路回收的水和反應后的燃料混合物在離子分離器上進行分離后，再使所得到的純凈的水通過水供給管路供給到水罐上，從而在水罐上形成機器自身供水。
文檔編號H01M8/02GK1612398SQ200310106799
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月30日 優(yōu)先權日2003年10月30日
發(fā)明者趙太熙, 金奎正, 黃勇準, 崔鴻, 金鐵煥, 樸明碩, 李明浩, 高承泰, 許成根 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司