高效微燃料电池系统技术方案

在此描述了燃料电池系统（１０、４００、４２０、４４０、４６０）及使用燃料电池系统的方法。所述系统包括使用氢气产生电能的电池（２０）和由燃料源（１６）产生氢气的燃料处理器（１５）。所述燃料处理器（１５）包括重整器（３２）和加热所述重整器（３２）的燃烧器（３０）。在此所述的一种热效率高的燃料电池系统使用来自燃料处理器（１５）的加热介质加热燃料电池（２０）的内部。所述加热介质可包括在高温下从所述燃料处理器（１５）排出的气体，所述气体随后被输运至所述燃料电池（２０）。所述加热介质还可包括在所述燃料电池（２０）中催化地进行反应以产生热量的气体。提供了用于加快燃料电池系统的启动过程的系统和方法。还描述了用于关闭燃料电池系统的方法，所述方法减少了所述重整器（３２）和一个或多个燃料电池部件中的湿气和气体的量。在此所述的一种氢效率高的燃料电池系统将氢气输运至燃烧器（３０）的入口。所述氢气可包括来自燃料电池（２０）的未使用的氢气和／或在重整器（３２）中产生的氢气。所述燃烧器（３０）包括有利于在存在所述氢气的情况下产生热量的催化剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高效微燃料电池系统和方法
本专利技术涉及燃料电池技术。具体而言，本专利技术涉及用于改进燃料电池系统效率的系统。
技术介绍
燃料电池电化学地结合氢气和氧气以产生电能。环境空气易于供应氧气。然而，氢气的提供需要实用的供应装置。气态氢具有低能量密度，由此降低了作为便携式燃料的可操作性。具有适当能量密度的液态氢必须在极低的温度和高压条件下进行储存，这使得液态氢的储存和运输很麻烦。重整氢气供应装置通过对燃料源进行处理以产生氢气。燃料源用作氢气载体。目前可得的烃燃料源包括甲醇、乙醇、汽油、丙烷和天然气。液态烃燃料源提供了高能量密度和易于储存和输运的能力。燃料处理器对烃燃料进行重整以产生氢气。燃料电池的发展迄今已集中于大规模应用情况如用于电源备用设备的工业尺寸的发电机。消费电子产品和其它便携式电源应用当前依赖于锂离子电池和类似的电池技术。用于便携应用情况如电子装置的产生电能的燃料电池系统是所希望的但在商业上还无法获得。此外，增加燃料电池系统效率的技术将是有益的。
技术实现思路
本专利技术涉及燃料电池系统和使用燃料电池系统的方法。所述系统包括使用氢气产生电能的燃料电池和由燃料源产生氢气的燃料处理器。所述燃料处理器包括重整器和加热所述重整器的燃烧器。在此所述的热效率高的燃料电池系统使用来自燃料处理器的加热介质加热燃料电池的内部。所述加热介质可包括在高温下从所述燃料处理器排出的气体，所述气体随后被输运至所述燃料电池。所述加热介质还可包括在所述燃料电池中催化地反应以产生热量的气体。当所述气体例如包括甲醇时，所述燃料电池中的催化剂有利于使用甲醇产-->生热量。相似地，可采用所述燃料电池中的催化剂以便有利于使用从所述重整器中输出且提供给所述燃料电池的氢气产生热量。以这种方式加热燃料电池允许在燃料电池的预热期间更快地达到燃料电池的操作温度，且允许当所述燃料电池未产生电能时保持升高的操作温度。提供了用于加快燃料电池系统启动的系统和方法。所述系统在达到操作温度前使用电热加快启动时间。还描述了用于关闭燃料电池系统的方法，所述方法减少了在关闭过程中在所述重整器和一个或多个燃料电池部件中的湿气和气体的量。在此所述的一种氢效率高的燃料电池系统将氢气输运至燃烧器的入口。所述氢气可包括来自燃料电池的未使用氢气和/或在重整器中产生的氢气。所述燃烧器包括有利于在存在所述氢气的情况下产生热量的催化剂。在一个方面中，本专利技术涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器和燃料电池。所述燃料处理器包括被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆。所述燃料电池还包括传热附件，所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。所述燃料电池系统还包括被构造以将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的管道设备。在另一个方面中，本专利技术涉及一种用于在接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池中产生电能的方法。所述燃料处理器被构造以对燃料源进行处理从而产生氢气。所述方法包括将所述燃料源提供给所述燃料处理器。当由所述燃料电池输出的电能小于电阈值或当所述燃料电池中的部件温度小于温度阈值时，所述方法还包括将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。所述方法进一步包括加热一部分所述燃料电池。所述方法附加地包括将氢气从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。所述方法还包括检测所述部件的温度或所述燃料电池的电输出。当所述部件的温度约等于或大于所述阈值温度或当由所述燃料电池输出的电能约等于或大于电阈值时，所述方法进一步包括在所-->述燃料电池中产生电能。在又一个方面中，本专利技术涉及一种用于关闭包括接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池的燃料电池系统的方法。所述燃料处理器包括重整器和为所述重整器供应热量的燃烧器。所述方法包括在所述燃料电池中停止产生电能。所述方法还包括中止所述重整器的燃料源供应，所述重整器被构造以接收所述燃料源和输出氢气。所述方法进一步包括在所述燃烧器中产生热量以便在中止所述重整器的所述燃料源供应之后加热所述重整器。所述方法附加地包括中止在所述燃烧器中产生热量。所述方法还包括用空气冲洗所述燃烧器。在再一个方面中，本专利技术涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器和燃烧器。所述燃料处理器包括被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造以使用所述氢气产生电能。所述燃料电池系统还包括被构造以将氢气输运至所述燃烧器的管道设备。在另一个方面中，本专利技术涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器和燃烧器。所述燃料处理器包括被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造使用所述氢气产生电能。所述燃料电池系统还包括被构造以将氧气从所述燃料电池输运至所述处理器的管道设备。在又一个方面中，本专利技术涉及一种用于启动包括重整器和为所述重整器提供热量的燃烧器的燃料处理器的方法。所述方法包括使用被构造以加热所述燃烧器或提供给所述燃烧器的燃料源的电热器产生热量。所述方法还包括将所述燃料源供应至所述燃烧器。所述方法进一步包括在所述燃烧器中催化地产生热量以加热所述重整器。所述方法附加地包括将所述燃料源供应至所述重整器。所述方法还包括在所述重整器中产生氢气。在再一个方面中，本专利技术涉及一种用于在燃料处理器中所包括的燃烧器内催化生热之前加热燃料源的系统。所述系统包括被构造以接-->收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述系统还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述系统包括被构造以加热所述燃烧器或提供给所述燃烧器的所述燃料源的电热器。在另一个方面中，本专利技术涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器。所述燃料处理器包括被构造以接收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器还包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆。所述燃料电池还包括传热附件，所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。所述燃料电池还包括被构造以在所述燃料处理器与所述燃料电池之间输运加热介质或冷却介质的管道设备。在再一个方面中，本专利技术涉及一种用于产生电能的燃料电池系统。所述燃料电池系统包括燃料处理器。所述燃料处理器包括被构造以接收所述燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器。所述燃料处理器包括被构造以为所述重整器提供热量的燃烧器。所述燃料电池包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆。所述燃料电池还包括传热附件，所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料处理器，所述燃料处理器包括：被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器；　被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和包括 被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆且包括ａ）包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和ｂ）与所述燃料电池堆的内部导热连通的传热附件的燃料电池；和被构造以将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的管道设备。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-6-27 60/482,981;US 2003-6-27 60/483,416;US1、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料处理器，所述燃料处理器包括：被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器；被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和包括被构造以使用所述燃料处理器输出的氢气产生电能的燃料电池堆且包括a)包括布置在所述燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通的传热附件的燃料电池；和被构造以将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的管道设备。2、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述传热附件。3、根据权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述加热介质包括所述燃料源已经汽化后的所述燃料源。4、根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中所述管道设备包括被构造以将所述加热介质从所述燃烧器的排出口输运至所述燃料电池的管线。5、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括被设置与所述传热附件接触或接近且有利于通过暴露于所述加热介质而产生热量的热催化剂。6、根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述热催化剂被设置在所述传热附件上。7、根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述热催化剂包括铂。8、根据权利要求5所述的燃料电池系统，进一步包括包含热催化剂的隔壁，其中所述隔壁被附接到所述传热附件上。9、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述管道设备包括被构造以将所述加热介质从所述重整器的排出口输运至所述燃料电池的管线。10、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中所述加热介质包括在所述重整器中产生的氢气。-->11、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中当所述加热介质离开所述燃料处理器时，所述加热介质大于约100摄氏度。12、根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中当所述加热介质离开所述燃料处理器时，所述加热介质大于约200摄氏度。13、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括检测所述燃料处理器中的部件温度的至少一个温度传感器。14、根据权利要求1所述的燃料电池系统，进一步包括检测所述燃料电池中的部件温度的至少一个传感器。15、一种用于在接收来自燃料处理器的氢气的燃料电池中产生电能的方法，所述燃料处理器被构造以对燃料源进行处理从而产生所述氢气，所述方法包括：将所述燃料源提供给所述燃料处理器；当所述燃料电池输出的电能小于电阈值或当所述燃料电池中的部件温度小于温度阈值时，将加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池；加热一部分所述燃料电池；将氢气从所述燃料处理器输运至所述燃料电池；检测所述部件的温度或所述燃料电池的电输出；和当所述部件的温度约等于或大于所述阈值温度或当所述燃料电池输出的电能约等于或大于电阈值时，在所述燃料电池中产生电能。16、根据权利要求15所述的方法，其中在所述燃料电池响应于电能需求而开始产生电能之前的启动期间将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。17、根据权利要求15所述的方法，其中在所述燃料电池不产生电能且所述部件冷却的不工作期间将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池。18、根据权利要求17所述的方法，其中在所述部件降至所述阈值温度以下之后输运所述加热介质。19、根据权利要求15所述的方法，其中所述加热介质被输运至所述燃料电池中包括的传热附件，其中所述传热附件a)包括布置在所述燃料电池中包括的燃料电池堆外部的部分和b)与所述燃料电池堆的内部导热连通。-->20、根据权利要求15所述的方法，其中当所述加热介质离开所述燃料处理器时，所述加热介质大于100摄氏度。21、根据权利要求15所述的方法，其中所述加热介质包括所述燃料源。22、根据权利要求21所述的方法，其中所述燃料电池包括被设置与所述传热附件接触或接近且有利于通过暴露于所述加热介质而产生热量的热催化剂。23、根据权利要求22所述的方法，其中当所述燃料电池输出的电能小于阈值电压或阈值电流时，发生将所述加热介质从所述燃料处理器输运至所述燃料电池的过程。24、根据权利要求15所述的方法，其中所述燃料电池的极化曲线包括所述阈值电压或阈值电流。25、根据权利要求15所述的方法，其中所述加热介质包括所述燃料处理器中产生的氢气。26、根据权利要求15所述的方法，其中所述部件被包括在所述燃料电池堆中包括的膜电极组件中。27、根据权利要求15所述的方法，其中所述部件是所述燃料电池堆中包括的双极板。28、根据权利要求15所述的方法，进一步包括使用所述燃料源和有利于在存在所述燃料源的情况下产生热量的催化剂在所述燃料处理器中包括的燃烧器中产生热量。29、根据权利要求15所述的方法，进一步包括当所述部件的温度小于所述阈值温度时，中止从所述燃料处理器向所述传热附件输运加热介质的过程。30、根据权利要求15所述的方法，进一步包括对所述燃料源进行重整以在所述燃料处理器中产生氢气。31、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料处理器，所述燃料处理器包括：被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器；被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造以使用所述氢气-->产生电能的燃料电池；和被构造以将氢气输运至所述燃烧器的管道设备。32、根据权利要求31所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收所述重整器中产生的氢气且将所述氢气输运至所述燃烧器。33、根据权利要求31所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收由所述燃料电池排出的氢气且将所述氢气输运至所述燃烧器。34、根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中所述管道设备被构造以接收由所述燃料电池中的阳极气体收集系统排出的氢气。35、根据权利要求31所述的燃料电池系统，其中所述燃烧器包括被构造以接收所述燃料源的入口。36、根据权利要求35所述的燃料电池系统，其中所述燃料电池被构造以输出小于200瓦的功率。37、一种用于产生电能的燃料电池系统，所述燃料电池系统包括：燃料处理器，所述燃料处理器包括：被构造以接收燃料源、被构造以输出氢气且包括有利于产生氢气的催化剂的重整器；被构造以将热量提供给所述重整器的燃烧器；和被构造以接收所述重整器中产生的氢气且被构造以使用所述氢气产生电能的燃料电池；和被构造以将氧气从所述燃料电池输运至所述燃料处理器的管道设备。38、根据权利要求37所述的燃料电池系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：IW凯，G塔克，
申请(专利权)人：超电池公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]