[发明专利]燃料电池发电系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2007年9月28日向韩国知识产权局提交的韩国 专利申请第10-2007-0098382号的优先权，将其全部内容结合于此 作为参考。

技术领域

本发明涉及一种燃料电池发电系统。

背景技术

燃料电池是一种通过电化学反应将燃料(氢气、LNG、LPG等) 和空气的化学能直接转换成电和热的装置。与采用燃烧燃料、产生 蒸汽、驱动涡轮机，以及驱动发电机(power generator)工艺(过 程)的常规发电技术相反，燃料电池的利用不需要燃烧过程(工艺) 或驱动装置。同样，对于发电来说，燃料电池是相对新的技术，其 提供高效率和很少的环境问题。

图1是典型的燃料电池的工作原理的示图。

参照图1，燃料电池100可以包括作为阳极的燃料电极110和 作为阴极的空气电极130。燃料电极110接收氢分子(H₂)，该氢分 子(H₂)被分解成氢离子(H⁺)和电子(e^-)。氢离子穿过膜(隔膜， membrane)120向空气电极130移动。该膜120相当于电解质层。

电子通过外电路140移动以产生电流。在空气电极130处，氢离子 和电子与空气中的氧结合以产生水。下列反应式1表示上述化学反 应。

[反应式1]

燃料电极110：H₂→2H⁺+2e^-

空气电极130：1/2O₂+2H⁺+2e^-→H₂O

总反应：H₂+1/2O₂→H₂O

简而言之，由于从燃料电极110分离的电子产生通过外电路的 电流，因此燃料电池100可以起电池的作用。这样的燃料电池100 是无污染的电源(功率源)，因为其并不产生任何污染排放物如SO_x、 NO_x等，并且仅产生少量的二氧化碳。并且，燃料电池可以提供一 些其他优点，如低噪声和小的振动等。

对于燃料电池所需要的最至关重要的任务之一是氢气的稳定 供应。氢气储存罐(贮氢罐，hydrogen storage tank)可以用于该目 的，但是罐装置占用很大的体积并且必须特别小心保存。

为了使燃料电池合适地适应目前的便携式电子设备(便携式电 话、膝上型计算机等)中对高容量电源(供电)装置的需求，燃料 电池需要提供小体积和高性能。

因此，合理的备选方案可以是使用氢气产生装置来产生氢气。 氢气产生装置可以将含氢原子的普通燃料(规整燃料，regular fuel) 转化成含大量氢气的气体，其随后可以被燃料电池100使用。

燃料电池可以采用在对由ICAO(国际民间航空组织， International Civil Aviation Organization)批准带入飞机的燃料如甲 醇或甲酸等进行重整之后产生氢气的方法，或可以采用直接使用甲 醇、乙醇、或甲酸等作为燃料的方法。

然而，前一种情况可能需要高的重整温度、复杂的系统、以及 高的驱动功率，并且很可能包含除了纯氢之外的杂质(例如，CO₂、 CO等)。另一方面，后一种情况由于在阳极处化学反应的低速度和 碳氢化合物穿过膜的渗透(cross-over)而可能引起非常低的功率密 度的问题。

比较地，通过使用利用电化学反应的氢气产生装置，可以在室 温下获得纯氢。另外，可以仅利用筒(cartridge)和塔(stack)来 实现简单的系统，并且可以在无需单独的BOP(周边设备)单元的 情况下通过调节电流来获得期望的氢气流量以控制产生的氢气的 量。

图2是根据现有技术的用于调节氢气流量的反馈系统的方块 图。调节氢气流量的现有方法可以包括降低电极之间的电阻以及使 用包括开关或可变电阻的控制单元来调节流量。