[发明专利]具有电化学自动热重整器的燃料电池供电设备

说明书

发明背景

本发明涉及一种供能设备，它利用一种重整器给燃料电池供应氢，尤其是涉及一种供能设备，它利用一种电化学自动热重整器(EATR)为燃料电池提供氢燃料。

燃料电池是一种电化学电池，它将燃料的化学能直接转化为电能，且转化过程是连续的。典型的燃料电池的总的反应为氢与氧化合成水。例如，在25℃和1大气压下，这一反应，其自由能的变化(ΔG)为-56.69千卡/摩尔。在伽伐尼电池中，此项反应所产生的电池电压，其理论值为1.23伏特。而典型的实际值则在0.9至1.1伏特的范围内。目前使用的燃料电池，其主要类型包括：质子交换膜燃料电池，磷酸燃料电池，碱性燃料电池，固体氧化物燃料电池，及熔融碳酸盐燃料电池。有关这方面的个别技术细节可参见《燃料电池手册》(修订第三版)，1994年1月，美国能源部化石能源办公室出版。此手册已列入本文之参考文献中。

燃料电池由于其本身要求用纯氢燃料而受到限制。各种最常见的燃料电池，对于甚至是少量的杂质，都十分敏感。所谓的“重整器”是这样一种装置，其中的碳氢化合物燃料混以水蒸气，在有催化剂的条件下，将此燃料/水蒸气混合物转化为氢，一氧化碳，二氧化碳，水及杂质。由于大多数已知的重整器，对于杂质的存在均表现敏感，所以，如果有硫这样的杂质存在，通常是在燃料进入重整器之前，就必须将其从燃料中除去。大多数的重整器，在其重整产品中或重整器产品气体中，只剩下少量的一氧化碳(CO)，其量一般约为百分之一摩尔。为了将CO及其他有潜在危害的各种杂质从重整器的气体产品中彻底地清除出去，就需要附加一些反应机制。但是，这种附加的反应机制，对于一个以燃料电池为电源的发电系统来说，将会增加生产成本和处理成本。

发明的目的与概述

因此，本发明之目的在于克服现有技术中之种种局限性和缺点。

本发明之另一目的在于提供一种系统，它可以将碳氢化合物燃料经过重整而适用于燃料电池。

本发明还有一个目的是利用一种电化学自动热重整器，从碳氢化合物燃料中制造出纯净的氢，以便用于燃料电池中进行发电。

简言之，燃料电池供能设备包括一个电化学自动热重整器(EATR)，它可以为燃料电池的阳极侧提供氢。该EATR则包括一个自动热重整器区，一个混合离子导体膜层，以及一个阳极供应区。而混合离子导体膜层，则是将自动热重整区与阳极供应区分隔开。在EATR的阳极供应区和燃料电池阳极隔段或部分之间，有一个阳极气体循环套，它使氢气与一种载气之混合物，循环流动于这两部分之间。由于载气的存在，保证了阳极气体循环套中氢气的分压得以维持较低，即比EATR中ATR区内氢气的分压要低些，目的是对氢气的分离产生影响，或者说对于使ATR区之氢气朝着阳极供应区方向转移产生影响。在EATR和燃料电池之间存在着操作温度差，这种温差被热交换器所利用，从而使供能设备内部的加热和冷却功能得以有效地发挥作用。

按照本发明的实施方案，一种燃料电池供能设备包括一个燃料电池和一个电化学自动热重整器，其中燃料电池又由以下各部分组成：燃料电池阳极和燃料电池阴极隔段或部分，以及一个电化学自动热重整器，后者是由一个自动热重整器区，一个混合离子导体膜层，及一个阳极供应区构成。混合离子导体膜层将自动热重整器区与阳极供应区分隔开，同时还使用一个阳极气体循环套，以便使氢气与载气之混合物，能够在重整器的阳极供应区和燃料电池阳极隔段或部分之间循环流动。

燃料电池供能设备的其他特点包括：燃烧装置，用于将从自动热重整器排气区送出的过量氢气燃烧掉；给料装置，用于将碳氢化合物燃料输送到自动热重整器区；以及控制装置，其对燃烧装置有所回应，用于对燃料的供料装置施以控制。

通过下文的概述，并结合所附图(图中凡相同之元件皆用同一数字表示)，必将对上述诸点，包括本发明之目的，特点和优点，有清晰的了解。

附图的简要说明

图1是一个典型的质子交换膜(PEM)燃料电池之实例；及

图2是如本发明之燃料电池供能设备的原理示意图。

优选实施方案的详细描述