專利名稱：燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用燃料電池產(chǎn)生電能的系統(tǒng)，特別是涉及一種可以調(diào)節(jié)利用硼化合物等液體燃料的硼燃料電池系統(tǒng)中空氣極加濕量的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
人類使用的能源大部分是從化石燃料獲得。使用這些燃料不僅會造成大氣污染、酸雨或地球溫室效應(yīng)等嚴(yán)重的環(huán)境問題，而且能源的利用率較低。可使用燃料電池來代替上述的化石燃料。與普通的電池不同，燃料電池是一種利用由外部提供給陽極的燃料(氫氣或烴類燃料)進行的氧化反應(yīng)和提供給陰極的氧氣進行的還原反應(yīng)而產(chǎn)生電和熱的電池系統(tǒng)，實際上也可將其視為一種發(fā)電裝置。燃料電池發(fā)電方法是一種不經(jīng)過燃料的燃燒，而是利用氫氣和氧氣的電化學(xué)反應(yīng)將反應(yīng)前后的能量差直接轉(zhuǎn)換成電能的方法。根據(jù)電解質(zhì)的類型燃料電池可分為在200℃左右工作的磷酸型燃料電池；在60℃～110℃下工作的鉀電解質(zhì)型燃料電池；在常溫～80℃下工作的高分子電解質(zhì)燃料電池；在大約500～700℃的高溫下工作的熔融碳酸鹽電解質(zhì)型燃料電池；和在1000℃以上高溫下工作的固體氧化物燃料電池等。圖1為已有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成圖。如圖1所示，這種已有技術(shù)的燃料電池包括為使氫氣和氧氣在中間為圖中未示出的電解質(zhì)膜兩側(cè)設(shè)置的燃料極11和空氣極12上進行電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池堆10；可將含氫的液態(tài)氫化硼(BH4)，實際上將硼氫化鈉(NaBH4)提供給燃料極11的燃料供應(yīng)部20；可將含氧的空氣提供給空氣極12的空氣供應(yīng)部30；和可將燃料電池堆10產(chǎn)生的電能提供給負荷的電能輸出部40。其中，燃料供應(yīng)部20由可裝入一定量硼氫化鈉的燃料箱21；可將燃料箱21的出口連接到燃料電池堆10上燃料極11的燃料供應(yīng)管22；和設(shè)置在燃料供應(yīng)管22的中間，并可將燃料提供給燃料電池堆10上燃料極11的燃料泵23構(gòu)成。而空氣供應(yīng)部30由露天設(shè)置的空氣過濾器31；可將空氣過濾器31的出口連接到燃料電池堆10上空氣極12的空氣供應(yīng)管32；設(shè)置在空氣供應(yīng)管32的中間，可將空氣提供給燃料電池堆10上空氣極12的空氣泵33；和設(shè)置在空氣泵33和燃料電池堆10的空氣極12之間并可加濕空氣的加濕器34構(gòu)成。由如上裝置構(gòu)成的燃料電池發(fā)電過程如下當(dāng)驅(qū)動燃料泵23時，其可從燃料箱22中抽取液態(tài)BH4，然后提供給燃料電池堆10的燃料極11，此燃料在與向空氣極12提供的氧氣進行電化學(xué)反應(yīng)而生成水的同時在兩電極之間產(chǎn)生電流。
在燃料極11上進行的燃料氧化反應(yīng)為
并通過圖中未示出的電解質(zhì)膜傳遞氧化/還原反應(yīng)中生成的離子。
而在空氣極12上進行的氧氣還原反應(yīng)為
這時，在燃料極11和空氣極12間就會產(chǎn)生電動勢，與燃料電池堆10相連的電能輸出部40就可利用此電動勢將電流提供給負荷。但是，由于這種燃料電池是根據(jù)負荷的大小來改變系統(tǒng)的輸出，為了對應(yīng)最大的輸出，空氣泵33一直按最大容量運行，這樣不僅會出現(xiàn)電力損失及因加濕過多而引起的所謂‘溢流’現(xiàn)象，而且還存在燃料電池性能較低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可隨著負荷的變動來調(diào)節(jié)空氣極加濕量的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在中間為電解質(zhì)膜而其兩側(cè)為燃料極和空氣極，可為燃料極提供含氫的燃料，而為空氣極提供含氧的空氣，利用氫氣和氧氣發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池堆；連接在燃料電池堆的燃料極，并可為燃料極提供燃料的燃料供應(yīng)部；連接在燃料電池堆的空氣極，中間按順序裝有空氣泵和加濕器，從而將空氣泵抽取的空氣加至適當(dāng)?shù)臐穸群筇峁┙o空氣極的空氣供應(yīng)部；和可將燃料電池堆產(chǎn)生的電能提供給負荷的電能輸出部組成的燃料電池系統(tǒng)中，所述的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在空氣供應(yīng)部的加濕器與燃料電池堆的空氣極之間，并可檢測出提供給空氣極的空氣相對濕度的濕度檢出部；可調(diào)節(jié)空氣供應(yīng)部的加濕器溫度，并可維持提供給空氣極的空氣相對濕度的溫度調(diào)節(jié)部；和設(shè)置在濕度檢出部與溫度調(diào)節(jié)部之間，可將濕度檢出部檢測出的相對濕度與設(shè)定的相對濕度進行比較，并可調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)部的運行情況以控制空氣極加濕量的控制部。
本發(fā)明提供的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在中間為電解質(zhì)膜而其兩側(cè)為燃料極和空氣極，可為燃料極提供含氫的燃料，而為空氣極提供含氧的空氣，利用氫氣和氧氣發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池堆；連接在燃料電池堆的燃料極，并可為燃料極提供燃料的燃料供應(yīng)部；連接在燃料電池堆的空氣極，中間按順序裝有空氣泵和加濕器，從而將空氣泵抽取的空氣加至適當(dāng)?shù)臐穸群筇峁┙o空氣極的空氣供應(yīng)部；和可將燃料電池堆產(chǎn)生的電能提供給負荷的電能輸出部組成的燃料電池系統(tǒng)中，所述的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在空氣供應(yīng)部的加濕器與燃料電池堆的空氣極之間，并可檢測出提供給空氣極的空氣相對濕度的濕度檢出部；和設(shè)置在濕度檢出部和空氣供應(yīng)部的空氣泵之間，可將濕度檢出部檢測出的相對濕度與設(shè)定的相對濕度進行比較，并可調(diào)節(jié)空氣泵的運行速度以控制空氣極加濕量的控制部。
本發(fā)明提供的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置當(dāng)負荷變動時是利用加熱器/冷卻器或空氣泵來調(diào)節(jié)空氣的相對濕度，從而可以增減空氣極的加濕量，使空氣泵在適宜的輸出下運行，不僅可以防止電能損失，而且可以防止因加濕過多或加濕不足而引起的燃料電池性能低下等問題。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置進行詳細說明。
圖1為已有技術(shù)的燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖2為本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖3為本發(fā)明的燃料電池加濕量調(diào)節(jié)過程流程圖。
圖4為本發(fā)明的燃料電池另一實施例系統(tǒng)構(gòu)成圖。
圖5為本發(fā)明的燃料電池另一實施例加濕量調(diào)節(jié)過程流程圖。
具體實施例方式
如圖2、圖3所示，本發(fā)明提供的燃料電池包括可使氫氣與氧氣在中間為圖中未示出的電解質(zhì)膜兩側(cè)設(shè)置的燃料極11和空氣極12上進行電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池堆10；可將含氫的硼氫化鈉(NaBH4)提供給燃料極11的燃料供應(yīng)部20；可將含氧的空氣提供給空氣極12的空氣供應(yīng)部30；可將燃料電池堆10中產(chǎn)生的電能提供給負荷的電能輸出部40；設(shè)置在空氣供應(yīng)部30與燃料電池堆10之間，可檢測出提供給空氣極12的空氣濕度的濕度檢出部50；以濕度檢出部50檢測出的空氣相對濕度為基準(zhǔn)來調(diào)節(jié)加濕器34溫度的溫度調(diào)節(jié)部60；和設(shè)置在濕度檢出部50與溫度調(diào)節(jié)部60之間，可將從濕度檢出部50檢測出的濕度與設(shè)定的濕度進行比較，然后控制溫度調(diào)節(jié)部60的控制部70。其中，燃料供應(yīng)部20包括可裝入一定量硼氫化鈉的燃料箱21；可將燃料箱21的出口連接到燃料電池堆10上燃料極11的燃料供應(yīng)管22；和設(shè)置在燃料供應(yīng)管22的中間，可將燃料提供給燃料電池堆10上燃料極11的燃料泵23。而空氣供應(yīng)部30包括露天設(shè)置的空氣過濾器31；可將空氣過濾器31的出口連接到燃料電池堆10上空氣極12的空氣供應(yīng)管32；設(shè)置在空氣供應(yīng)管32的中間，可為燃料電池堆10上的空氣極12提供空氣的空氣泵33；和設(shè)置在空氣泵33與燃料電池堆10的空氣極12之間，可增加空氣中水分的加濕器34。濕度檢出部50為設(shè)置在空氣供應(yīng)部30上加濕器34的出口與燃料電池堆10上空氣極12的入口之間，可檢測出經(jīng)過空氣供應(yīng)管32的空氣相對濕度的濕度計。溫度調(diào)節(jié)部60由設(shè)置在加濕器34的一側(cè)，可將加濕器34按所定的溫度進行加熱的加熱器或者按所定的溫度進行冷卻的冷卻器構(gòu)成?？刂撇?0包括分別連接電能輸出部40的輸出側(cè)和濕度檢出部50的輸出側(cè)，并可接受電能輸出部40計算出的適宜相對濕度和流經(jīng)空氣供應(yīng)管32的空氣當(dāng)前相對濕度的輸入側(cè)；與輸入側(cè)相連，可將適宜相對濕度與當(dāng)前相對濕度進行比較，并可判斷出是否加熱或冷卻加濕器34的計算側(cè)；和可連接計算側(cè)和溫度調(diào)節(jié)部60，并將計算側(cè)的判斷結(jié)果傳送給溫度調(diào)節(jié)部60的輸出側(cè)。具有如上構(gòu)成的本發(fā)明的燃料電池加濕量調(diào)節(jié)裝置工作過程如下當(dāng)向燃料極11提供含氫的硼氫化鈉(NaBH4)而向空氣極12提供含氧的空氣時，燃料和空氣可在圖中未示出的電解質(zhì)膜兩側(cè)的燃料極11和空氣極12上進行反應(yīng)而產(chǎn)生離子。
在燃料極11上進行的燃料氧化反應(yīng)為
并通過圖中未示出的電解質(zhì)膜傳遞氧化/還原反應(yīng)中生成的離子。
而在空氣極12上進行的氧氣還原反應(yīng)為
此反應(yīng)過程中產(chǎn)生的電能可通過電能輸出部40提供給負荷以驅(qū)動各種必要的電器產(chǎn)品。但實際運行中有時需要反復(fù)開關(guān)這些電器產(chǎn)品，這樣就會使燃料電池的負荷隨時間不同而改變。為此，本發(fā)明的一個實施例是將單位時間改變的空氣適宜相對濕度與當(dāng)前相對濕度進行比較，使空氣的相對濕度始終維持在適當(dāng)?shù)臄?shù)值下，這樣就可以減少空氣泵33的運行負荷，因而也就不會產(chǎn)生過多的電能。例如，如圖2及圖3所示，可利用電能輸出部40中設(shè)置的圖中未示出的負荷檢測裝置對負荷的變化進行檢測并計算出空氣的適宜相對濕度h1，然后將此相對濕度h1提供給控制部70的輸入側(cè)，同時利用濕度檢出部50檢測出通過空氣供應(yīng)管32的空氣當(dāng)前相對濕度h2并將其提供給控制部70的輸入側(cè)。計算側(cè)可將提供給控制部70輸入側(cè)的適宜相對濕度h1和當(dāng)前相對濕度h2進行比較，如果數(shù)值相近或者處于所定的范圍內(nèi)時就維持現(xiàn)有的加濕狀態(tài)，而若適宜相對濕度h1高于當(dāng)前相對濕度h2一定范圍的話，控制部70的輸出側(cè)就會向溫度調(diào)節(jié)部60下達加熱指令以提高當(dāng)前相對濕度h2，相反若適宜相對濕度h1低于當(dāng)前相對濕度h2一定范圍的話，控制部70的輸出側(cè)就會向溫度調(diào)節(jié)部60下達冷卻指令以降低當(dāng)前相對濕度h2。本實施例是通過增加或減少空氣的當(dāng)前相對濕度h2來調(diào)節(jié)空氣極12的加濕量，但圖4和圖5提供的實施例是通過加快或減慢空氣的供應(yīng)速度來調(diào)節(jié)空氣極12的加濕量。如圖4及圖5所示，空氣供應(yīng)部30包括空氣過濾器31、空氣供應(yīng)管32、空氣泵33及加濕器34。空氣泵33采用了可以調(diào)節(jié)運行速度的變極器?？蓹z測出通過空氣供應(yīng)管32提供給燃料電池堆10上空氣極12的空氣濕度的濕度檢出部50設(shè)置在加濕器34與空氣極12之間的空氣供應(yīng)管32上，而可將濕度檢出部50檢測出的當(dāng)前相對濕度h2與電能輸出部40檢測并計算出的適宜相對濕度h1進行比較并可調(diào)節(jié)空氣泵33運行速度的控制部70則設(shè)置在濕度檢出部50及電能輸出部40與空氣泵33之間。這樣，控制部70就能將提供給其輸入側(cè)的適宜相對濕度h1與當(dāng)前相對濕度h2在其計算側(cè)中進行比較，如果數(shù)值相近或處于所定的范圍內(nèi)時就維持空氣泵33的現(xiàn)運行速度，而若適宜相對濕度h1高于當(dāng)前相對濕度h2一定范圍的話，控制部70的輸出側(cè)就會向空氣泵33下達加速指令以加大空氣的供應(yīng)量，相反若適宜相對濕度h1低于當(dāng)前相對濕度h2一定范圍的話，控制部70的輸出側(cè)就會向空氣泵33下達減速指令以降低空氣的供應(yīng)量。因此，燃料電池在運行過程中就可隨著負荷的變動來增減空氣極的加濕量，不僅可以防止電能損失，而且可以防止因加濕過多或加濕不足而引起的燃料電池性能低下等問題。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置，設(shè)置在由中間為電解質(zhì)膜而其兩側(cè)為燃料極(11)和空氣極(12)，可為燃料極(11)提供含氫的燃料，而為空氣極(12)提供含氧的空氣，利用氫氣和氧氣發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池堆(10)；連接在燃料電池堆(10)的燃料極(11)，并可為燃料極(11)提供燃料的燃料供應(yīng)部(20)；連接在燃料電池堆(10)的空氣極(12)，中間按順序裝有空氣泵(33)和加濕器(34)，從而將空氣泵(33)抽取的空氣加至適當(dāng)?shù)臐穸群筇峁┙o空氣極(12)的空氣供應(yīng)部(30)；和可將燃料電池堆(10)產(chǎn)生的電能提供給負荷的電能輸出部(40)組成的燃料電池系統(tǒng)中，其特征在于所述的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在空氣供應(yīng)部(30)的加濕器(34)與燃料電池堆(10)的空氣極(12)之間，并可檢測出提供給空氣極(12)的空氣相對濕度的濕度檢出部(50)；可調(diào)節(jié)空氣供應(yīng)部(30)的加濕器(34)溫度，并可維持提供給空氣極(12)的空氣相對濕度的溫度調(diào)節(jié)部(60)；和設(shè)置在濕度檢出部(50)與溫度調(diào)節(jié)部(60)之間，可將濕度檢出部(50)檢測出的相對濕度與設(shè)定的相對濕度進行比較，并可調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)部(60)的運行情況以控制空氣極(12)加濕量的控制部(70)。
2.一種燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置，設(shè)置在中間為電解質(zhì)膜而其兩側(cè)為燃料極(11)和空氣極(12)，可為燃料極(11)提供含氫的燃料，而為空氣極(12)提供含氧的空氣，利用氫氣和氧氣發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的燃料電池堆(10)；連接在燃料電池堆(10)的燃料極(11)，并可為燃料極(11)提供燃料的燃料供應(yīng)部(20)；連接在燃料電池堆(10)的空氣極(12)，中間按順序裝有空氣泵(33)和加濕器(34)，從而將空氣泵(33)抽取的空氣加至適當(dāng)?shù)臐穸群筇峁┙o空氣極(12)的空氣供應(yīng)部(30)；和可將燃料電池堆(10)產(chǎn)生的電能提供給負荷的電能輸出部(40)組成的燃料電池系統(tǒng)中，其特征在于所述的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置包括設(shè)置在空氣供應(yīng)部(30)的加濕器(34)與燃料電池堆(10)的空氣極(12)之間，并可檢測出提供給空氣極(12)的空氣相對濕度的濕度檢出部(50)；和設(shè)置在濕度檢出部(50)和空氣供應(yīng)部(30)的空氣泵(33)之間，可將濕度檢出部(50)檢測出的相對濕度與設(shè)定的相對濕度進行比較，并可調(diào)節(jié)空氣泵(33)的運行速度以控制空氣極(12)加濕量的控制部(70)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述的控制部(70)與電能輸出部(40)相連，其可將電能輸出部(40)計算出的適宜相對濕度與濕度檢出部(50)檢測出的當(dāng)前相對濕度進行比較并加以控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置。設(shè)置在由燃料電池堆、燃料供應(yīng)部、空氣供應(yīng)部和電能輸出部組成的燃料電池系統(tǒng)中，其包括濕度檢出部、溫度調(diào)節(jié)部和控制部。本發(fā)明提供的燃料電池的加濕量調(diào)節(jié)裝置當(dāng)負荷變動時是利用加熱器/冷卻器或空氣泵來調(diào)節(jié)空氣的相對濕度，從而可以增減燃料電池堆上空氣極的加濕量，使空氣泵在適宜的輸出下運行，不僅可以防止電能損失，而且可以防止因加濕過多或加濕不足而引起的燃料電池性能低下等問題。
文檔編號H01M8/04GK1612396SQ20031010676
公開日2005年5月4日 申請日期2003年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月30日
發(fā)明者趙太熙, 金奎正, 黃勇準(zhǔn), 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