[发明专利]燃料电池系统和用于燃料电池系统的回收单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统和用于燃料电池系统的回收单元。

背景技术

燃料电池是电化学地发电的装置，其使用燃料(氢或重整气体)和氧化 剂(氧或空气)并通过电化学反应直接将外部提供的燃料(氢或重整气体) 和氧化剂(氧或空气)转化为电能。

纯氧或包含大量氧的空气被用作燃料电池的氧化剂，且纯氢或通过重整 烃基燃料(LNG、LPG、CH₃OH等)而产生的包含大量氢的燃料被用作燃 料。

此后，为了更好的理解和描述的方便，将主要描述燃料电池中的直接甲 醇燃料电池(DMFC)。直接甲醇燃料电池向燃料电池堆体提供高浓度的甲 醇，以通过与氧的反应产生电能。

直接甲醇燃料电池使用高浓度燃料以提高能量重量密度(energy weight density)。为了使用高浓度燃料，在阳极中消耗的水被阴极中产生的水补充。 在已知的燃料电池系统中，从阴极的出口排出的流体首先被热交换器冷凝以 回收在阴极产生的水。此后，冷凝流体和从阳极排出的未反应的燃料被气液 分离器分离为液体和气体。被气液分离器分离的气体被排出到外部，被气液 分离器分离的液体与燃料混合并被提供回燃料电池堆体。

在该已知的燃料电池系统中，冷凝流体和未反应的燃料在气液分离器中 相互混合。流入气液分离器的未反应的燃料具有与冷凝流体相比相对较高的 温度。结果，当与未反应的燃料混合时，一些冷凝流体被蒸发。

当冷凝流体被蒸发时，水回收效率变差，且为了回收适当数量的水，需 要用于冷凝从阴极排出的流体的设备的尺寸大。

此外，当外部环境的温度高时，气液分离器中的温度进一步升高，使得 水回收效率进一步变差。

在背景部分中公开的上述信息仅用于增进对本发明背景的理解，因此可 能包含未成为本国本领域的普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的示范性实施例的一方面提供一种具有提高的水回收效率的燃 料电池系统。

本发明的示范性实施例的另一方面提供一种具有减小的体积的燃料电 池系统。

本发明的示范性实施例提供一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆体， 用于通过氧化剂与混合燃料的反应产生电能，并用于排出未反应的燃料、氧 化剂、水分和二氧化碳；混合器，用于通过将至少一部分未反应的燃料、氧 化剂和水分与浓缩燃料混合来制备混合燃料，并将混合燃料提供到燃料电池 堆体；燃料提供单元，用于将浓缩燃料提供到混合器；氧化剂提供单元，用 于将氧化剂提供到燃料电池堆体；第一热交换器，在燃料电池堆体的出口与 混合器之间；和第二热交换器，在燃料电池堆体的入口与混合器之间。

本发明的另一示范性实施例提供一种燃料电池系统，包括：燃料电池堆 体，用于将氧化剂与混合燃料进行电化学反应、用于输出电能、以及用于排 出在电化学反应中未反应的燃料、氧化剂和水分；燃料提供单元，用于提供 浓缩燃料；氧化剂提供单元，用于向燃料电池堆体提供氧化剂；第一气液分 离器，用于容纳排出的燃料、氧化剂、水分和二氧化碳，并用于将排出的燃 料、氧化剂和水分分离为第一气体和第一液体；第一热交换器，用于冷却和 至少部分冷凝第一气体；第二气液分离器，用于将部分冷凝的第一气体分离 为第二气体和第二液体；混合器，用于通过混合从燃料提供单元提供的浓缩 燃料、第一液体和第二液体而制备混合燃料；和第二热交换器，用于冷却混 合燃料。

本发明的再一示范性实施例提供一种用于燃料电池系统的回收单元，包 括：第一气液分离器，具有入口、第一出口和第二出口，该第一气液分离器 的入口连接到燃料电池堆体的一个或多个出口；第一热交换器，具有入口和 出口，该第一热交换器的入口连接到第一气液分离器的第一出口；第二气液 分离器，具有入口、第一出口和第二出口，该第二气液分离器的入口连接到 第一热交换器的出口；混合器，具有出口和至少一个入口，该混合器的至少 一个入口连接到第一气液分离器的第二出口、所述第二气液分离器的第一出 口和燃料提供单元；和第二热交换器，具有入口和出口，第二热交换器的入 口连接到混合器的出口，且第二热交换器的出口连接到燃料电池堆体的入 口。

如此，根据本发明的示范性实施例，通过冷却第一气液分离器所分离的 气体并从冷却的材料分离液体，提高了水回收效率。

附图说明

图1是示出根据本发明示范性实施例的燃料电池系统的示意图；