燃料电池系统技术方案

一种燃料电池系统，包括：电池堆单元，具有正极和负极，通过氢和氧之间的电化学反应而产生电力；燃料供应单元，用于将氢提供到该电池堆单元的正极；空气供应单元，用于将空气提供到该电池堆单元的负极；以及气液分离器，具有用于与从该电池堆单元提供到该燃料供应单元的废气相接触的冷却装置，从而使废气中所含的水分冷凝。在该燃料电池系统中，废气中所含的水分被气液分离器除去，因而燃烧器内的燃烧可以有效进行。由此，可以稳定地将蒸汽提供到蒸汽重整器，因而重整反应得以平稳地进行，从而提高了燃料电池系统的整体性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池系统，更具体地，涉及一种具有气液分离器的燃料电池系统，该气液分离器用于除去从电池堆(stack)单元提供到燃料供应单元的燃烧器的废气(off-gas)中所含的水分。
技术介绍
图1为采用质子交换膜燃料电池(PEMFC)方法的传统燃料电池系统的示意图，在该方法中，诸如LNG、LPG、CH3OH、汽油等烃基燃料通过脱硫处理、重整处理(reforming process)及加氢精炼处理(hydrogen refiningprocess)进行纯氢精炼后被用作燃料。如图1所示，传统燃料电池系统包括：燃料供应单元10，用于将从LNG提取的纯氢提供到电池堆单元30；空气供应单元20，用于将空气提供到电池堆单元30和燃料供应单元10；电池堆单元30，用于通过所提供的氢和空气产生电力；以及电力输出单元40，用于将电池堆单元30产生的电力转换为交流电，然后将该交流电提供到负载。由于燃料和蒸汽在燃料供应单元10中进行了重整处理，于是产生了氢。为了产生蒸汽，燃料供应单元10设置有蒸汽发生器10b和用于向蒸汽发生器10b供热的燃烧器10a。为了驱动燃烧器10a，将燃料提供到燃烧器10a，然后将产生电力之后残留在电池堆单元30中的废气提供到燃烧器10a。但是，由于电池堆单元30提供的废气是高温的潮湿气体，所以燃烧器10a无法正常工作。此外，由于废气中含有水分，燃烧器10a可能会关闭。因此，重整处理无法顺利进行，从而燃料电池系统会受损。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种能够除去从电池堆单元提供到燃-->料供应单元的废气中所含的水分的燃料电池系统。为实现这些以及其它优点，并且依照本专利技术的意图，如在此具体实施和广泛描述的，本专利技术提供一种燃料电池系统，包括：电池堆单元，具有正极和负极，通过氢和氧之间的电化学反应而产生电力；燃料供应单元，用于将氢提供到该电池堆单元的正极；空气供应单元，用于将空气提供到该电池堆单元的负极；以及气液分离器，具有用于与从该电池堆单元提供到该燃料供应单元的废气相接触的冷却装置，从而使废气中所含的水分冷凝。通过结合附图对于本专利技术的以下具体描述，本专利技术的前述以及其它目的、特征、方案和优点将更为明显。附图说明附图用以提供对于本专利技术的进一步理解，其包含在说明书中并构成说明书的一部分，附图示出本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：图1为根据传统技术的燃料电池系统的示意图；图2为根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统的示意图；图3为图2所示气液分离器的放大平面图；图4为图3所示气液分离器除去封盖后的平面图；图5为在图3所示冷却管上形成的Z字(zigzag)形凹槽的平面图；图6为在图3所示容器内壁上形成的凸凹面的平面图；图7为沿图6中VII-VII线的截面图；图8为在图3所示容器内壁上形成的压花的平面图；以及图9为沿图8中IX-IX线的截面图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的优选实施例，其实例在附图中示出。以下参照附图说明根据本专利技术的燃料电池系统。图2为根据本专利技术第一实施例的燃料电池系统的示意图。参照图2，根据本专利技术的燃料电池系统包括燃料供应单元110、空气供-->应单元120、电池堆单元130、电力输出单元140、水供应单元150以及气液分离器200。燃料供应单元110包括重整器111和管道112，其中重整器111用于从LNG中精炼氢，从而将氢提供到电池堆单元130的正极131。重整器111包括：脱硫反应器111a(DS)，用于除去燃料中所含的硫；蒸汽重整器111b(SR)，用于通过对燃料和蒸汽进行重整而产生氢；高温蒸汽重整器111c(HTSR)和低温蒸汽重整器111d(LTSR)，分别用于使通过蒸汽重整器111b之后产生的一氧化碳重新反应而附加地产生氢；部分氧化反应器111e(PROX)，用于通过利用空气作为催化剂除去燃料中所含的一氧化碳来精炼氢；蒸汽发生器111f，用于将蒸汽提供到蒸汽重整器111b；以及燃烧器111g，用于将热量提供到蒸汽发生器111f。用于向电池堆单元130的负极132提供空气的空气供应单元120包括第一空气供应管线121、第二空气供应管线123以及空气供应风扇122。第一空气供应管线121安装在空气供应风扇122与第二预加热器162之间，用于将大气中的空气提供到负极132。第二空气供应管线123安装在空气供应风扇122与燃烧器111g之间，用于将大气中的空气提供到燃烧器111g。电池堆单元130包括正极131和负极132，从而通过分别从燃料供应单元110和空气供应单元120提供的氢和氧之间的电化学反应而能够同时产生电能和热能。电力输出单元140将电池堆单元130产生的电能转换为交流电，然后将该交流电提供到负载。水供应单元150将水提供到燃料供应单元110的重整器111和电池堆单元130，从而冷却重整器111和电池堆单元130。水供应单元150包括：水供应容器151，用于容纳一定量的水；水循环管线152，用于通过循环方法连接电池堆单元130和水供应容器151；水循环泵153，安装在水循环管线152中，用于泵出水供应容器151内的水；热交换器154和吹风扇155，安装在水循环管线152中，用于冷却所提供的水；以及城市用水(city water)供应管线156，用于将水供应容器151内的水或图示的城市用水提供到重整器111。气液分离器200除去从电池堆单元130排出并提供到燃料供应单元110-->的燃烧器111g的废气中所含的水分，气液分离器200安装在电池堆单元130与燃料供应单元110之间。图3为图2所示气液分离器的放大平面图，图4为图3所示气液分离器除去封盖后的平面图，图5为在图3所示冷却管上形成的Z字形凹槽的平面图。参照图3和图4，气液分离器200包括气液分离本体210、进气口220、出气口230、水分出口240、冷却装置如冷却水管250、以及分隔壁260。气液分离本体210包括：容器211，用于临时存储废气；封盖212，用于覆盖容器211的前表面；以及连接件213，用于将容器211和封盖212相互连接。优选地，封盖212由透明的丙烯(acryl)板形成，从而由外部易于观察气液分离本体210中产生的水分分离现象。连接件213优选由便于连接的螺钉形成，用于连接螺钉的螺槽211e形成在容器211的前表面上。进气口220用于将废气引入气液分离本体210，而且安装为穿透容器211的左壁211a的下端。进气口220的一端向容器211的下壁211c弯曲，从而防止废气被直接排到出气口230。出气口230用以将气液分离本体210中已除去水分的废气排到燃料供应单元110(参照图2)。出气口230安装为穿透容器211的左壁211a的最上端，从而延迟废气从气液分离本体210排出的时间。水分出口240用于排出从废气分离出的水分，而且安装在容器211的右壁211b的下端，并与水供应容器151相连接(参照图2)。参照图4和图5，冷却水管250安装在气液分离本体210中，并在容器211中形成为具有特定高度H的Z字形，从而通过增加与废气的接触面积而提高传热效率。冷却水管250以允许范围的曲率半径R弯曲，并具有特定的间隙h，从而通过在容器211中具有最大的长度来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池系统，包括：电池堆单元，具有正极和负极，通过氢和氧之间的电化学反应而产生电力；燃料供应单元，用于将氢提供到该电池堆单元的正极；空气供应单元，用于将空气提供到该电池堆单元的负极；以及气液分离器，具有 用于与从该电池堆单元提供到该燃料供应单元的废气相接触的冷却装置，从而使废气中所含的水分冷凝。

【技术特征摘要】
KR 2005-9-23 10-2005-00889851、一种燃料电池系统，包括：电池堆单元，具有正极和负极，通过氢和氧之间的电化学反应而产生电力；燃料供应单元，用于将氢提供到该电池堆单元的正极；空气供应单元，用于将空气提供到该电池堆单元的负极；以及气液分离器，具有用于与从该电池堆单元提供到该燃料供应单元的废气相接触的冷却装置，从而使废气中所含的水分冷凝。2、如权利要求1所述的燃料电池系统，其中该气液分离器包括：气液分离本体，安装在用于将该电池堆单元连接到该燃料供应单元的燃烧器的管道上；进气口，用于将废气引入该气液分离本体；出气口，用于将已除去水分的废气排到该燃料供应单元；以及水分出口，用于排出从废气分离的水分。3、如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆炯圭，崔弘，
申请(专利权)人：LG电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]