具有充電單元的燃料電池的製作方法
2023-04-26 07:31:06 2
專利名稱：具有充電單元的燃料電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有充電單元的燃料電池，更具體地涉及一種能夠利用夜間驅動形成的多餘電力給電動機充電的具有充電單元的燃料電池。
背景技術：
建築物中使用的電能是由水電廠或熱電廠產生的。由電廠產生的電能通過電力傳輸線供應到各地區的建築物或家庭中。然後，所供應的電能用於使電視機、螢光燈、電冰箱、空調等得以運行。
然而，為了從電廠獲得電能，電廠必須燒油或燒煤來產生熱能。然後，熱能必須被轉換為電能，從而降低了發電效率。另外，在通過電力傳輸線將電廠產生的電能傳輸到各建築物時，會產生電力損耗，從而導致低能量效率。也就是說，消耗了大量燃料能量來獲得將用於各建築物中的電能。由於消耗了諸如油、煤等燃料能量，會產生汙染物，從而導致環境汙染。
因此，正在開發一種用於以生態友好的方式產生電能的具有卓越能量效率的燃料電池。燃料電池通過從外部供應的燃料與空氣之間的電化學反應，利用燃料的化學能直接產生電能。
圖1為示出根據現有技術的燃料電池的示意圖。
如圖所示，現有技術的燃料電池系統包括燃料供應單元10，用於供應一定量的燃料；重整器20，用於通過從燃料供應單元10接收燃料來產生包含氫的含氫氣體和熱量；堆單元30，用於通過從重整器20產生的氫與另外供應的氧之間的電化學反應來產生電力和熱量；以及電源轉換器(powerconverter)40，用於轉換從堆單元30產生的電力。
重整器20包括脫硫反應器(DS)21，用於利用水和空氣去除由燃料供應單元10供應的燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用於使燃料與蒸汽發生反應；高溫蒸汽反應器(HTSR)23，用於使一氧化碳與蒸汽發生反應；低溫蒸汽反應器(LTSR)24，用於將一氧化碳轉換為二氧化碳；部分氧化反應器(PRO)25，用於將尚未被氧化的一氧化碳轉換為二氧化碳；反應爐26，用於通過重整過程和氫提純過程從燃料中產生氫；以及燃燒器27，其與反應爐26相接觸，用於向反應爐26供熱。
多個單元電池相互堆疊從而形成堆單元30，每個單元電池由陽極31、電解質32和陰極33構成。在堆單元30的一側安裝有電源轉換器40，用於將由堆單元30產生的直流電轉換為家庭使用的交流電。
在用於將從重整器產生的含氫氣體供應到堆單元30的供應管線34中安裝有濃度檢測傳感器50，用於檢測含氫氣體中包含的一氧化碳的濃度。
尚未說明的附圖標號11和13表示壓縮機，附圖標號12表示空氣供應單元。
現有技術的燃料電池的工作說明如下。
首先，由燃料供應單元10向重整器20供應燃料例如甲醇、液化天然氣(LNG)、汽油等。然後，在重整器20中進行蒸汽重整過程和部分氧化過程，從而產生包含氫的含氫氣體、反應熱和水。
在已經供應了含氫氣體的堆單元30中，向陽極31供應氫，從而通過電化學氧化過程氫被氧化為H+和e-。通過電解質32向陰極33供應電離的氫，電子移動通過陽極31，從而產生電力、熱量和水。從堆單元30產生的電力被電源轉換器40轉換，從而用以運行電器。
然而，現有技術的燃料電池存在如下問題。由於諸如電冰箱等電器必須24小時持續供電，所以持續驅動燃料電池，從而無論電器的數量如何而提供相同的電能。但是，由於夜晚使用的電器數量會減少，所以當在夜間向電器供給與白天相同的電能時，燃料會被浪費。
發明內容
因此，本發明的目的在於提供一種具有充電單元的燃料電池，其能夠利用夜間驅動形成的多餘電力給電動機充電。
為獲得這些以及其它優點，並且根據本發明的目的，如在此具體實施和廣泛描述的，本發明提供一種具有充電單元的燃料電池，包括燃料供應單元，用於供應燃料；重整器，用於通過從該燃料供應單元接收燃料來產生包含氫的含氫氣體；堆單元，通過由該重整器產生的氫與另外供應的氧之間的電化學反應來產生電力和熱量；電源轉換器，其安裝在該堆單元的一側，用於轉換由該堆單元產生的電流；以及充電單元，其安裝在該電源轉換器的一側，用於給電器充電。
通過以下結合附圖對於本發明的具體描述，本發明的前述以及其它目的、特徵、方案和優點將更為明顯。
附圖包含在說明書中並構成說明書的一部分，用以提供對於本發明的進一步理解，附圖示出本發明的實施例，並與說明書一起用於解釋發明原理。
在附圖中圖1為示出根據現有技術的燃料電池結構的示意圖；圖2為示出根據本發明第一實施例的具有充電單元的燃料電池的示意圖；以及圖3為示出圖2中充電單元結構的示意圖。
具體實施例方式
詳細參考本發明的優選實施例，其實例示出於附圖中。
下面將更詳細地說明根據本發明的具有充電單元的燃料電池。
圖2為示出根據本發明第一實施例的具有充電單元的燃料電池的示意圖，圖3為示出圖2中充電單元結構的示意圖。
如圖所示，根據本發明的具有充電單元60的燃料電池包括燃料供應單元10，用於供應燃料；重整器20，用於通過從燃料供應單元10接收燃料來產生包含氫的含氫氣體；堆單元30，用於通過由重整器20產生的氫與另外供應的氧之間的電化學反應來產生電力和熱量；電源轉換器40，其安裝在堆單元30的一側，用於轉換由堆單元30產生的電流；以及充電單元60，其安裝在電源轉換器40的一側，用於給電器充電。
重整器20包括脫硫反應器(DS)21，用於利用水和空氣去除從燃料供應單元10供應的燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用於使燃料與蒸汽發生反應；高溫蒸汽反應器(HTSR)23，用於使一氧化碳與蒸汽發生反應；低溫蒸汽反應器(LTSR)24，用於將一氧化碳轉換為二氧化碳；部分氧化反應器(PRO)25，用於將尚未被氧化的一氧化碳轉換為二氧化碳；反應爐26，用於通過重整過程和氫提純過程從燃料中產生氫；以及燃燒器27，其與反應爐26相接觸，用於向反應爐26供熱。
多個單元電池相互堆疊從而形成堆單元30，每個單元電池由陽極31、電解質32和陰極33構成。在堆單元30的一側安裝有電源轉換器40，用於將由堆單元30產生的直流電轉換為家庭使用的交流電。
在用於將由重整器20產生的含氫氣體供應到堆單元30的供應管線34中安裝有濃度檢測傳感器50，用於檢測含氫氣體中包含的一氧化碳的濃度。
充電單元60包括開關模式電源(SMPS)61，其與電源轉換器相連接，用於根據各個電器來轉換電流；雙極放大器(BOP)62，其與SMPS 61相連接，用於放大由SMPS 61所轉換的電流；以及引線63，其與雙極放大器(BOP)62相連接，用於給各個電器充電。
SMPS 61是模塊型電源裝置，用於將從外部供應的電流轉換為與計算機、彩色電視機、錄像機(VCR)、交換器、無線通信裝置等相應的電流。SMPS61利用半導體開關特性控制高頻而不是商用周波，並且減弱了衝擊。
SMPS根據各電路和各輸入/輸出功率而分為幾種類型。近來，諧振電路是最常用的，並且，用於將110V或220V交流電(AC)轉換為5V～48V直流電(DC)的AC/DC轉換器以及用於將5V～48V直流電轉換為3.3V～48V直流電的DC/DC轉換器也是最常用的。
首先，由燃料供應單元10向重整器20供應諸如甲醇、液化天然氣、汽油等燃料和水。然後，在重整器20中進行蒸汽重整過程和部分氧化過程，從而產生包含氫的含氫氣體、反應熱和水。
在已經供應了含氫氣體的堆單元30中，向陽極31供應氫，從而通過電化學氧化過程氫被氧化為H+和e-。通過電解質32向陰極33供應電離的氫，電子移動通過陽極31，從而產生電、熱量和水。
由堆單元30產生的電力被電源轉換器40轉換，從而用以運行電器。由於在夜晚使用的電器數量減少，所以用夜間驅動期間產生的多餘電力對電動機以及其它裝置進行充電。因此，該燃料電池的能量效率得以提高。
由於本發明可以具體實施為多種形式而不脫離其精神或實質特徵，因此應當理解除非另有規定，上述實施例不受限於任何前述細節，而應在隨附權利要求書所限定的精神和範圍內被廣泛地解釋；因此，落入權利要求書的界限或其等效範圍內的全部變化和修改都應被隨附權利要求書所涵蓋。
權利要求
1.一種具有充電單元的燃料電池，包括燃料供應單元，用於供應燃料；重整器，用於通過從該燃料供應單元接收燃料來產生包含氫的含氫氣體；堆單元，通過由該重整器產生的氫與另外供應的氧之間的電化學反應來產生電力和熱量；電源轉換器，其安裝在該堆單元的一側，用於轉換由該堆單元產生的電流；以及充電單元，其安裝在該電源轉換器的一側，用於給電器充電。
2.如權利要求1所述的燃料電池，其中該充電單元包括開關模式電源，其與該電源轉換器相連接，用於根據各個電器來轉換電流；雙極放大器，其與該開關模式電源相連接，用於放大該開關模式電源轉換後的電流；以及引線，其與該雙極放大器相連接，用於給各個電器充電。
全文摘要
本發明提供一種具有充電單元的燃料電池，包括燃料供應單元，用於供應燃料；重整器，用於通過從該燃料供應單元接收燃料來產生包含氫的含氫氣體；堆單元，通過由該重整器產生的氫與另外供應的氧之間的電化學反應來產生電力和熱量；電源轉換器，其安裝在該堆單元的一側，用於轉換由該堆單元產生的電流；以及充電單元，其安裝在該電源轉換器的一側，用於給電器充電。該燃料電池能夠利用夜間驅動期間產生的多餘電力對電動機進行充電，因而能量效率得以提高。
文檔編號H01M10/44GK1921201SQ20061012138
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月21日 優先權日2005年8月22日
發明者金起東, 柳成南 申請人:Lg電子株式會社, Lg化學株式會社