燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置和通知方法
2023-05-12 05:43:26
專利名稱：燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置和通知方法
技術領域：
本發明涉及燃料電池，尤其涉及其燃料電池的燃料桶。
背景技術：
人類使用的能量中大部分來自化石燃料。但是上述化石燃料的使用會導致大氣汙染、酸雨、地球溫室化等對環境帶來惡劣的影響，並且能量利用效率也很低等問題。
燃料電池與一般的電池(2次電池)不同，取代上述化石燃料，向陰極(anode)供應燃料(氫氣或者碳氫氣體)，從外部向陽極(cathode)供應氧氣，進行水的電解逆反應的電化學反應，產生電和熱量的電池系統，也可以看作是發電裝置。
通過燃料電池的發電方法是，在不經過燃料的燃燒(氧化)反應，經過氫氣和氧氣的電化學反應，利用反應前後的能量差直接轉換成電能的方法。
燃料電池按照電解質的類型進行分類，則有在200℃附近工作的磷酸型燃料電池、在60～110℃工作的鹼性電解質型燃料電池、在常溫～80℃工作的高分子電解質燃料電池、在500～700℃的高溫下工作的熔融碳酸鹽電解質燃料電池、還有在1000℃以上的高溫狀態下工作的固體氧化物燃料電池等。
下面參照後附圖紙，對現有技術的燃料電池進行簡單說明。
如圖1所示，燃料電池一般包括燃料電池組(10)、燃料供應部(20)、空氣供應部(30)和電能輸出部(圖中未示)。燃料電池組(10)具有燃料極(13)和空氣極(14)，用於通過氫氣和氧氣的電化學反應產生電能；燃料供應部(20)用於將包含有氫氣水溶液狀態的硼化氫((BH4)，實際上為硼化氫鈉(NaBH4))供應給燃料極(13)；空氣供應部(30)用於將包含有氧氣的空氣供應給空氣極(14)；電能輸出部(圖中未示)將燃料電池組(10)產生的電能供應給負荷。
燃料供應部(20)包括燃料供應管(21)和燃料桶(22)以及燃料泵(23)。燃料供應管(21)以閉環形狀連接在燃料電池組(10)的燃料極(13)，並將燃料循環供應給燃料極(13)；燃料桶(22)可以拆卸地連接在燃料供應管(21)的中間，燃料桶(22)內裝有一定量的硼化氫鈉；燃料泵(23)設置在燃料桶(22)和燃料電池組(10)的燃料極(13)之間的燃料供應管(21)上，用於將燃料抽運到燃料電池組的燃料極(13)。
圖紙中未說明的符號(11)是單電池，(12)是電解質膜，(15)和(16)是分離板，(17)和(18)是集電板，(31)是空氣供應管，(32)是空氣泵。
下面對具有上述結構的現有技術燃料電池供應燃料時產生電能的過程進行說明。
也就是說，燃料泵(23)按照控制部的指令驅動，從燃料桶(22)抽運作為燃料的水溶液狀態的BH4，然後供應給燃料電池組(10)的燃料極(13)，燃料與供應到空氣極(14)的氧氣進行電化學反應，產生水同時在兩個電極之間生成電流。
進一步說明則，燃料極(13)側燃料的電化學氧化反應為，電解質膜(12)傳遞通過氧化/還原反應生成的離子；在空氣極(14)，空氣(氧氣)的電化學還原反應為。
於是，燃料極(13)和空氣極(14)之間產生的電動勢，通過疊加有多個單電池(11)的燃料電池組(10)的兩端的集電板(17、18)輸出，輸出到集電板(17、18)上的電流供應到負荷。
但是具有上述結構的現有技術燃料電池卻有如下問題點。
也就是說，由於持續反應，使得燃料的濃度變得很稀，降低了燃料電池的性能，所以不僅要在適當的時間更換燃料桶(22)；還由於沒有通知燃料桶(22)更換時間的裝置，使得燃料電池不能有效地利用。除此之外，在需要電壓的時候不能生產出所需要量的電壓，也給使用各種電子產品帶來了不便。
發明內容
為了克服現有技術存在的上述缺點，本發明提供一種燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置和通知方法，它能在反應中感知燃料的濃度，並將燃料桶的更換時間顯示到外部。
本發明的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置是一種燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，主要包括燃料電池組、燃料供應部和空氣供應部，所述燃料電池組由電解質膜、設置在電解質膜兩側的燃料極和空氣極構成，將包含有氫氣的燃料供應給所述燃料極；將包含有氧氣的空氣供應給所述空氣極，通過氫氣和氧氣的電化學反應產生電能；所述燃料供應部主要包括燃料供應管、燃料桶、燃料泵，燃料供應管以閉環形狀連接在燃料電池組的燃料極，並將燃料循環供應給燃料極，並聯至少一個以上的燃料桶可以拆卸地設置在燃料供應管的中間，燃料桶內裝有水溶液狀態的硼化氫鈉(BH4)，燃料泵設置在燃料桶的出口側，用於抽運燃料；所述空氣供應部連接在燃料電池組的空氣極，用於供應空氣；其特徵在於，它還包括重量檢測器和燃料濃度檢測器，所述燃料桶重量檢測器檢測燃料桶的重量；所述燃料濃度檢測器設置在燃料桶的周邊，用於檢測燃料的濃度。
所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其中所述燃料桶重量檢測器固定設置在燃料桶設置位置上。
所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其中所述燃料濃度檢測器就是電導度傳感器，所述電導度傳感器檢測燃料的電導度，通過所述檢測出的燃料的電導度計算出燃料的濃度。
所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其中所述燃料濃度檢測器將檢測部設置在所述燃料桶的內部。
所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其中所述燃料供應部還包括顯示部，所述顯示部與所述燃料桶重量檢測器和燃料濃度檢測器相連接，顯示更換時間或者以時間表示的可使用電量。
本發明的燃料電池的燃料桶更換時間的通知方法是一種燃料電池的燃料桶更換時間的通知方法，其特徵在於，它包括以下幾個階段第一階段設置所述燃料桶時，檢測燃料桶重量和燃料濃度；第二階段利用設置所述燃料桶時檢測出的燃料桶重量和燃料濃度計算出最初可使用電量；第三階段使用燃料時，繼續檢測燃料桶重量和燃料濃度，計算出已使電量；第四階段比較最初可使用電量和已使用電量；第五階段已使用電量超過最初可使用電能的瞬間，通知更換所述燃料桶。
前述的燃料電池的燃料桶更換時間的通知方法，其中在最初可使用電量和已使用電量進行比較階段後，以所述進行的比較階段為基礎，將當前可使用電量換算成時間進行通知的階段。
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
圖1是現有技術燃料電池一實施例的系統圖。
圖2是本發明燃料電池一實施例的系統圖。
圖3是本發明燃料電池的燃料濃度檢測部的示意圖。
圖4是本發明燃料電池的燃料濃度檢測過程和燃料桶更換時間通知過程的流程圖。
圖中標號說明21燃料供應管 22燃料桶23燃料泵 100燃料桶更換時間通知部110燃料桶重量檢測器 120燃料濃度檢測器130顯示器具體實施方式
下面根據後附圖紙所示一實施例，對本發明燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置和通知方法進行詳細說明。
如圖2所示，本發明的燃料電池主要包括燃料電池組(10)、燃料供應部(20)、空氣供應部(30)和電能輸出部(圖中未示)。燃料電池組(10)具有燃料極(13)和空氣極(14)，用於通過氫氣和氧氣的電化學反應產生電能；燃料供應部(20)用於將包含有氫氣水溶液狀態的硼化氫鈉(NaBH4))供應給燃料極(13)，並且具有燃料更換時間的顯示功能；空氣供應部(30)用於將包含有氧氣的空氣供應給空氣極(14)；電能輸出部(圖中未示)將燃料電池組(10)產生的電能供應給負荷。
其中，燃料供應部(20)主要包括燃料供應管(21)、燃料桶(22)、燃料泵(23)和燃料桶更換時間通知部(100)。燃料供應管(21)以閉環形狀連接在燃料電池組(10)的燃料極(13)，並將燃料循環供應給燃料極(13)；燃料桶(22)可以拆卸地連接在燃料供應管(21)的中間，燃料桶(22)內裝有一定量的硼化氫鈉；燃料泵(23)設置在燃料桶(22)和燃料電池組(10)的燃料極(13)之間的燃料供應管(21)上，用於將燃料抽運到燃料電池組(10)的燃料極(13)；燃料桶更換時間通知部(100)計算燃料桶(22)的更換時間，並將計算出的時間顯示給外部。
如圖3所示，燃料桶更換時間通知部(100)主要由燃料桶重量檢測器(110)和燃料濃度檢測器(120)以及顯示器(130)構成。燃料桶重量檢測器(110)在設置燃料桶(22)時用於檢測燃料桶(22)的重量；燃料濃度檢測器(120)設置在燃料桶(22)的周邊，用於檢測燃料的濃度；顯示器(130)與燃料桶重量檢測器(110)和燃料濃度檢測器(120)相連接，通過燃料桶重量和燃料濃度的變化，將燃料桶的更換時間顯示給外部。
其中，最好將燃料桶重量檢測器(110)固定設置在設置燃料桶(22)所在位置的底面，使得在設置燃料桶(22)和使用燃料的時候，能夠自動地檢測出燃料桶(22)的重量。在具備有多個燃料桶(22)的時候，燃料桶重量檢測器(110)獨立地設置在每個燃料桶(22)上。
燃料濃度檢測器(120)由電導度傳感器構成。電導度傳感器設置在燃料桶的內部，用於測定燃料的電導度和計算出硼化氫鈉的濃度。在具備有多個燃料桶(22)的時候，燃料濃度檢測器(120)也最好如燃料桶重量檢測器(110)獨立地設置在每個燃料桶(22)上一樣獨立地設置在每個燃料桶(22)上。
顯示器(130)包括顯示部和判斷部。顯示部以聲音或者顏色將燃料桶(22)的更換時間顯示到外部；判斷部將燃料桶重量檢測器(110)和燃料濃度檢測器(120)的檢測值與設定值相比較，計算燃料桶的更換時間或者燃料桶的剩餘時間。
圖中與現有技術相同的部分賦予相同的符號。
圖中未說明的符號(11)是單電池，(12)是電解質膜，(15)和(16)是分離板，(17)和(18)是集電板，(31)是空氣供應管，(32)是空氣泵。
具有上述結構的本發明燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置具有如下作用效果。
也就是說，將包含有氫氣的硼化氫鈉(NaBH4)供應給燃料極(13)的同時，將包含有氧氣的空氣供應給空氣極(14)，然後與電解質膜(12)進行反應，形成離子。離子在產生電化學反應形成水的過程中，在燃料極(13)生成的電子移動到空氣極(14)最終產生電。
進一步說明則，燃料極(13)側燃料的電化學氧化反應為，電解質膜(12)傳遞通過氧化/還原反應生成的離子；在空氣極(14)，空氣(氧氣)的電化學還原反應為。
在持續進行上述反應過程中，燃料循環於燃料桶(22)和燃料電池組(10)，逐漸降低了燃料的硼化氫鈉(NaBH4)的濃度，降低了燃料電池的工作效率，也使各種電子產品失去了工作可靠性。如果使用者沒有認識到上述問題而任其發展，則會損壞燃料電池。
所以應該在適當的時間更換燃料桶(22)，繼續供應新的燃料。本發明通過以下方法計算出燃料桶(22)的更換時間，並將更換時間通知給使用者。
也就是說，如圖4所示，安裝燃料桶(22)的時候，位於燃料桶(22)設置面上的燃料桶重量檢測器(110)檢測出燃料桶(22)的最初重量，同時設置在燃料桶(22)上的燃料濃度檢測器(120)檢測出上述燃料桶(22)內部的燃料最初濃度，使得檢測出的燃料桶(22)的重量和燃料濃度利用預先存儲的基準值，計算出最初可使用電量。
然後，在使用燃料時，繼續檢測出燃料桶(22)的重量和燃料濃度，並將檢測出的燃料桶(22)的重量和燃料濃度與預先存儲的基準值相比較，計算出已使用電量。
然後，已使用電能超過最初可使用電能的瞬間，顯示器(130)的判斷部判斷應該更換燃料桶(22)的時間，並通過顯示器(130)的顯示部，利用聲音或者顏色顯示判斷的時間。這時，判斷部將已使用電量與最初可使用電能進行比較，可以計算出當前可使用電能，並將計算出的當前可使用電量通過顯示部顯示剩餘時間。
通過上述過程，可以讓使用者關閉使用中的上述燃料桶(22)並將其取下並更換新的燃料桶(22)，重新啟動燃料電池。
通過上述過程，通知燃料的更換時間，預先防止了燃料的濃度不足或者過濃導致系統效率低下，提高使用中的各種電子產品的工作可靠性。
發明的效果本發明提供可以帶來如下效果的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置和通知方法繼續檢測出燃料桶的最初重量和使用中的重量以及燃料的最初濃度和使用中的濃度，通知燃料桶的更換時間。通過上述方法，使得燃料的濃度時常保持適當濃度，預先防止燃料電池系統的工作效率降低和各種電子產品的工作可靠性降低。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，主要包括燃料電池組、燃料供應部和空氣供應部，所述燃料電池組由電解質膜、設置在電解質膜兩側的燃料極和空氣極構成，將包含有氫氣的燃料供應給所述燃料極；將包含有氧氣的空氣供應給所述空氣極，通過氫氣和氧氣的電化學反應產生電能；所述燃料供應部主要包括燃料供應管、燃料桶、燃料泵，燃料供應管以閉環形狀連接在燃料電池組的燃料極，並將燃料循環供應給燃料極，並聯至少一個以上的燃料桶可以拆卸地設置在燃料供應管的中間，燃料桶內裝有水溶液狀態的硼化氫鈉(BH4)，燃料泵設置在燃料桶的出口側，用於抽運燃料；所述空氣供應部連接在燃料電池組的空氣極，用於供應空氣；其特徵在於，它還包括重量檢測器和燃料濃度檢測器，所述燃料桶重量檢測器檢測燃料桶的重量；所述燃料濃度檢測器設置在燃料桶的周邊，用於檢測燃料的濃度。
2.根據權利要求1所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其特徵在於所述燃料桶重量檢測器固定設置在燃料桶設置位置上。
3.根據權利要求1所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其特徵在於所述燃料濃度檢測器就是電導度傳感器，所述電導度傳感器檢測燃料的電導度，通過所述檢測出的燃料的電導度計算出燃料的濃度。
4.根據權利要求1或3所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其特徵在於所述燃料濃度檢測器將檢測部設置在所述燃料桶的內部。
5.根據權利要求1所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其特徵在於所述燃料供應部還包括顯示部，所述顯示部與所述燃料桶重量檢測器和燃料濃度檢測器相連接，顯示更換時間或者以時間表示的可使用電量。
6.一種燃料電池的燃料桶更換時間的通知方法，其特徵在於，它包括以下幾個階段第一階段設置所述燃料桶時，檢測燃料桶重量和燃料濃度；第二階段利用設置所述燃料桶時檢測出的燃料桶重量和燃料濃度計算出最初可使用電量；第三階段使用燃料時，繼續檢測燃料桶重量和燃料濃度，計算出已使電量；第四階段比較最初可使用電量和已使用電量；第五階段已使用電量超過最初可使用電能的瞬間，通知更換所述燃料桶。
7.根據權利要求6所述的燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置，其特徵在於在最初可使用電量和已使用電量進行比較階段後，以所述進行的比較階段為基礎，將當前可使用電量換算成時間進行通知的階段。
全文摘要
一種燃料電池的燃料桶更換時間通知裝置和通知方法，主要包括燃料電池組、燃料供應部和空氣供應部。燃料電池組由電解質膜、設置在其兩側的燃料極和空氣極構成。含有氫氣的燃料供應給燃料極；含有氧氣的空氣供應給空氣極，通過氫氣和氧氣的電化學反應產生電能。燃料供應部主要包括燃料供應管、燃料桶、燃料泵、燃料桶重量檢測器和燃料濃度檢測器。燃料供應管環接在燃料電池組的燃料極，多個燃料桶並聯在燃料供應管的中間；燃料泵用於抽運燃料。通過檢測出燃料桶的最初重量和使用中的重量以及燃料的最先濃度和使用中的濃度，顯示燃料桶的更換時間。使得燃料保持適當濃度，使燃料電池工效穩定。
文檔編號H01M8/04GK1567627SQ0313003
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月17日 優先權日2003年6月17日
發明者許成根, 曺泰熙, 高承兌, 金鐵煥, 李明浩, 黃龍俊, 崔鴻, 樸明碩 申請人:樂金電子(天津)電器有限公司