RU2326471C2 - Fuel cell system - Google Patents
Fuel cell system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326471C2 RU2326471C2 RU2006124855/09A RU2006124855A RU2326471C2 RU 2326471 C2 RU2326471 C2 RU 2326471C2 RU 2006124855/09 A RU2006124855/09 A RU 2006124855/09A RU 2006124855 A RU2006124855 A RU 2006124855A RU 2326471 C2 RU2326471 C2 RU 2326471C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuel
- ozone
- stack
- cathode
- fuel cell
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к системе топливных элементов и, в частности, к системе топливных элементов, способной повышать производительность топливного элемента за счет ускорения реакции в топливном элементе.The present invention relates to a fuel cell system and, in particular, to a fuel cell system capable of increasing the performance of a fuel cell by accelerating a reaction in a fuel cell.
Уровень техникиState of the art
В общем случае, система топливных элементов предложена в порядке замещения ископаемого топлива и в отличие от базового элемента (второго элемента) она подает топливо (водород или углеводород) на анод и подает кислород на катод. Таким образом, в системе топливных элементов идет электрохимическая реакция между водородом и кислородом без реакции горения (реакции окисления) топлива и, таким образом, непосредственно преобразует разность энергий между состояниями до и после реакции в электрическую энергию.In general, a fuel cell system is proposed in the order of replacement of fossil fuel and, unlike the base element (second element), it supplies fuel (hydrogen or hydrocarbon) to the anode and supplies oxygen to the cathode. Thus, in the fuel cell system there is an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen without the combustion reaction (oxidation reaction) of the fuel and, thus, directly converts the energy difference between the states before and after the reaction into electrical energy.
На фиг.1 представлена известная система топливных элементов, которая содержит стопку 106 топливных элементов, в которой анод 102 и катод 104 уложены в стопку, состоящую из множества элементов, а электролитическая мембрана (не показана) размещена между ними для генерации электрической энергии посредством электрохимической реакции между водородом и кислородом, топливный бак 108 для подачи топлива на анод 102 и блок 110 подачи окислителя для подачи окислителя на катод 104.Figure 1 presents a known fuel cell system, which contains a stack of 106 fuel cells, in which the
Топливный бак 108 и анод 102 стопки 106 топливных элементов соединены друг с другом линией 112 подачи топлива, при этом топливный насос 114 для нагнетания топлива, хранящегося в топливном баке 108, установлен на линии 112 подачи топлива.The
В качестве окислителя, подаваемого на катод 104, используется кислородосодержащий воздух. В соответствии с этим блок 110 подачи окислителя содержит воздушный компрессор 118 для подачи воздуха на катод 104 стопки 106 топливных элементов, воздушный фильтр 120 для фильтрации воздуха, подаваемого на стопку топливных элементов 106, и увлажнитель 122 для увлажнения воздуха, подаваемого на стопку 106 топливных элементов.As the oxidizing agent supplied to the
Процессы генерации электрической энергии за счет подачи топлива на традиционный топливный элемент поясняются ниже.The processes for generating electric energy by supplying fuel to a conventional fuel cell are explained below.
Когда топливный насос 114 включается посредством управляющего сигнала контроллера (не показан), топливо, хранящееся в топливном баке 108, нагнетается и подается на анод 102 стопки 106 топливных элементов. Кроме того, когда включается воздушный компрессор 118, воздух, профильтрованный воздушным фильтром 120, проходит через увлажнитель 122 для увлажнения и подается на катод 104 стопки 106 топливных элементов.When the
После подачи топлива и воздуха на стопку 106 топливных элементов на аноде 102 осуществляется электрохимическое окисление водорода, а на катоде 104 осуществляется электрохимическое восстановление кислорода, когда электролитическая мембрана (не показана) помещена между анодом 102 и катодом 104. При этом электричество генерируется вследствие перемещения генерируемых электронов и подается на нагрузку 120.After fuel and air are supplied to the stack of
Таким образом, на аноде 102 осуществляется электрохимическое окисление водорода, например, 2H2+4OH-→4H2O +4e-, так что, ион, генерируемый на аноде в реакции окисления/восстановления, переходит на катод 4 через электролитическую мембрану. Кроме того, на катоде 4 происходит электрохимическое восстановление подаваемого кислорода, например, O2+4e-+2H2O→4OH-, и генерируемый ток подается на нагрузку 120.Thus, electrochemical oxidation of hydrogen is carried out at the
В традиционной системе топливных элементов, кислородосодержащий воздух используется в качестве окислителя для генерации 4 электронов на единичную реакцию. Соответственно, скорость реакции в стопке топливных элементов сравнительно низка, что снижает производительность топливного элемента.In a traditional fuel cell system, oxygen-containing air is used as an oxidizing agent to generate 4 electrons per unit reaction. Accordingly, the reaction rate in the stack of fuel cells is relatively low, which reduces the performance of the fuel cell.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Технической задачей настоящего изобретения является создание системы топливных элементов, способной обеспечивать сравнительно высокую плотность тока за счет подачи озона на катод стопки топливных элементов и, таким образом, ускорения реакции в стопке топливных элементов.An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of providing a relatively high current density by supplying ozone to the cathode of a stack of fuel cells and thereby accelerating the reaction in a stack of fuel cells.
Для решения этих задач, предусмотрена система топливных элементов, содержащая стопку топливных элементов, содержащую анод, катод и электролитическую мембрану, расположенную между ними, блок подачи топлива, соединенный с анодом стопки топливных элементов линией подачи топлива, для подачи топлива на анод и блок подачи окислителя, присоединенный к катоду стопки топливных элементов посредством линии подачи воздуха, для добавления озона к кислородосодержащему воздуху и, таким образом, для подачи на катод стопки топливных элементов.To solve these problems, a fuel cell system is provided, comprising a stack of fuel cells containing an anode, a cathode and an electrolytic membrane located between them, a fuel supply unit connected to the anode of the fuel cell stack by a fuel supply line for supplying fuel to the anode and the oxidizer supply unit attached to the cathode of the stack of fuel cells by means of an air supply line for adding ozone to oxygen-containing air and thus to supply the stack of fuel cells to the cathode.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 - изображает известную схему системы топливных элементов;Figure 1 - depicts a known diagram of a fuel cell system;
Фиг.2 - схему системы топливных элементов согласно изобретению;Figure 2 is a diagram of a fuel cell system according to the invention;
Фиг.3 - схему системы топливных элементов согласно второму варианту осуществления изобретения;Figure 3 is a diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the invention;
Фиг.4 - схему системы топливных элементов согласно третьему варианту осуществления изобретения;4 is a diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the invention;
Фиг.5 - схему системы топливных элементов согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.5 is a diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
Система топливных элементов согласно настоящему изобретению имеет несколько вариантов осуществления, но ниже описаны наиболее предпочтительные варианты осуществления.The fuel cell system of the present invention has several embodiments, but the most preferred embodiments are described below.
На фиг.2 показана схема системы топливных элементов согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.Figure 2 shows a diagram of a fuel cell system according to one embodiment of the present invention.
Система топливных элементов согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения содержит стопку топливных элементов 10, в которой анод 6 и катод 8 состоят из множества элементов, чтобы генерировать электрическую энергию посредством электрохимической реакции между водородом и кислородом в состоянии, когда электролитическая мембрана (не показана) размещена между ними. Система содержит блок подачи топлива, подключенный линией подачи топлива для подачи топлива на анод 6, и блок 14 подачи окислителя для добавления озона к кислородосодержащему воздуху для подачи на катод 8 стопки топливных элементов.The fuel cell system according to the first embodiment of the present invention comprises a stack of
Блок подачи топлива содержит топливный бак 12 для хранения топлива, линию 16 подачи топлива, соединяющую между собой топливный бак 12 и анод 6 стопки топливных элементов 10, и топливный насос 18, установленный на одной стороне линии подачи топлива 16 для нагнетания топлива, хранящегося в топливном баке 12.The fuel supply unit comprises a
Блок 14 подачи окислителя содержит линию 20 подачи воздуха для подачи атмосферного воздуха на катод 8 стопки 10 топливных элементов, воздушный фильтр 22, установленный на входе линии 20 подачи воздуха для фильтрации воздуха, всасываемого в линию 20 подачи воздуха, воздушный компрессор 24, установленный на одной стороне линии подачи воздуха 20 для генерации всасывающей силы для всасывания внешнего воздуха, увлажнитель 26 для увлажнения воздуха, всасываемого воздушным компрессором 24, и озоновый аппарат 28 для добавления озона в воздух, подаваемый на катод 8 стопки топливных элементов 10.The oxidizer supply unit 14 comprises an air supply line 20 for supplying atmospheric air to the
Озоновый аппарат 28 соединен с линией 20 подачи воздуха, которая соединяет увлажнитель 26 и катод 8 стопки 10 топливных элементов и, таким образом, добавляет озон к воздуху, увлажненному увлажнителем 26.The ozone unit 28 is connected to an air supply line 20 that connects the humidifier 26 and the
Ниже будет объяснена работа системы топливных элементов согласно первому варианту осуществления.Next, operation of the fuel cell system according to the first embodiment will be explained.
Прежде всего, когда топливный насос 18 включается, топливо, хранящееся в топливном баке 12, подается на анод 6 стопки 10 топливных элементов через линию подачи топлива 16. Затем, когда воздушный компрессор 24 включается, внешний воздух проходит через воздушный фильтр 22 для фильтрации, проходит через увлажнитель 26 для увлажнения и подается на анод 6 стопки 10 топливных элементов. При этом озон, генерируемый озоновым аппаратом 28, добавляется к увлажненному воздуху и, таким образом, подается на анод 6.First of all, when the
Ниже подробно поясняется реакция в стопке топливных элементов. В случае топливного элемента со щелочным электролитом на аноде 6 происходит реакция электрохимического окисления, например, 3H2+6OH-→6H2O+6e-, а на катоде 8 происходит реакция электрохимического восстановления, например, O3+6e-+3H2O→6OH- для генерации тока. Генерируемый ток подается на нагрузку 30.The reaction in the stack of fuel cells is explained in detail below. In the case of a fuel cell with an alkaline electrolyte at the
Кроме того, в случае топливного элемента со щелочным электролитом на аноде 6 происходит реакция электрохимического окисления, например, 3H2+6OH-→6H2O+6e-, а на катоде 8 происходит реакция электрохимического восстановления, например, O3+6e-+3H2O→6OH- генерируется для генерации тока. Генерируемый ток подается на нагрузку 30.In addition, in the case of a fuel cell with an alkaline electrolyte on the
В системе топливных элементов согласно первому варианту осуществления генерируется 6 электронов на единичную реакцию для получения сравнительно высокой плотности тока.In the fuel cell system according to the first embodiment, 6 electrons are generated per unit reaction to obtain a relatively high current density.
На фиг.3 показана схема системы топливных элементов согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.3 is a diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
Система топливных элементов согласно второму варианту осуществления содержит стопку 10 топливных элементов, в которой анод 6 и катод 8 содержат множество элементов, чтобы генерировать электрическую энергию посредством электрохимической реакции между водородом и кислородом, когда электролитическая мембрана (не показана) размещена между ними, топливный бак 12 для хранения топлива, подаваемого на анод 6, и блок 50 подачи окислителя для подачи озона на катод 8 стопки топливных элементов.The fuel cell system according to the second embodiment comprises a stack of 10 fuel cells, in which the
Блок 50 подачи окислителя содержит озоновый аппарат 52 для генерации озона, линию 56 подачи озона, соединяющую между собой озоновый аппарат 52 и катод 8 стопки 10 топливных элементов для подачи озона на катод 8 стопки топливных элементов 10, увлажнитель 54, установленный на линии 56 подачи озона для увлажнения озона, генерируемого озоновым аппаратом 52.The
Работа системы топливных элементов согласно второму варианту осуществления происходит следующим образом.The operation of the fuel cell system according to the second embodiment is as follows.
Сначала топливный насос 18 включается и, топливо, хранящееся в топливном баке 12, подается на анод 6 стопки 10 топливных элементов по линии 16 подачи топлива. Затем включается озоновый аппарат 52 для генерации озона, и генерируемый озон проходит через увлажнитель 54 для увлажнения и подается на анод 8.First, the
Уравнение реакции в стопке 10 топливных элементов такое же, как уравнение реакции в первом варианте осуществления.The reaction equation in the
На фиг.4 показана схема системы топливных элементов согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.4 is a diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.
Система топливных элементов согласно третьему варианту содержит стопку 10 топливных элементов, в которой анод 6 и катод 8 содержат множество элементов, когда электролитическая мембрана (не показана) размещена между ними, топливный бак 12 для хранения топлива, подаваемого на катод 8, блок 60 подачи окислителя для подачи кислородосодержащего воздуха на катод 8, блок 72 рециркуляции топлива для рециркуляции топлива, выходящего из стопки 10 топливных элементов в топливный бак 12, и озоновый аппарат 70 для добавления озона в воздух, подаваемый на катод 8 стопки 10 топливных элементов.The fuel cell system according to the third embodiment comprises a stack of 10 fuel cells, in which the
Блок 60 подачи окислителя содержит линию 62 подачи воздуха для подачи атмосферного воздуха на катод 8 стопки 10 топливных элементов, воздушный фильтр 64 для фильтрации воздуха, всасываемого через линию 62 подачи воздуха, воздушный компрессор 68, установленный на одной стороне линии подачи воздуха 62 для генерации всасывающей силы для всасывания внешнего воздуха, и увлажнитель 66 для увлажнения воздуха, всасываемого воздушным компрессором 68.The
Озоновый аппарат 70 установлен на линии 62 подачи воздуха, которая соединяет увлажнитель 66 и катод 8 стопки 10 топливных элементов и, таким образом, добавляет озон в воздух, увлажненный благодаря прохождению через увлажнитель 66.The
Блок 72 рециркуляции топлива содержит газожидкостный сепаратор 72 для отделения газа от жидкости в топливе, выходящем от анода 6 и катода 8 после реакции, линию 76 рециркуляции для рециркуляции жидкого топлива, выходящего из газожидкостного сепаратора 72 в топливный бак 12, и насос 74 рециркуляции, установленный на линии 76 рециркуляции для нагнетания рециркулирующего жидкого топлива в топливный бак 12.The
Работа системы топливных элементов согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения осуществляется следующим образом.The operation of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention is as follows.
Когда топливный насос 18 включается, топливо, хранящееся в топливном баке 12, подается на анод 6 стопки 10 топливных элементов через линию 16 подачи топлива. Кроме того, когда воздушный компрессор 68 включается, внешний воздух проходит через воздушный фильтр 64 для фильтрации и проходит через увлажнитель 66 для увлажнения. Озон, генерируемый озоновым аппаратом 70, добавляется к увлажненному воздуху, и увлажненный воздух подается на катод 8 стопки 10 топливных элементов.When the
Затем, топливо, выходящее из стопки 10 топливных элементов после реакции, разделяется на газ и жидкость в газожидкостном сепараторе 30, и жидкое топливо подается в топливный бак 12 по линии 76 рециркуляции топлива.Then, the fuel leaving the stack of
На фиг.5 показана схема системы топливных элементов согласно четвертому варианту осуществления настоящего изобретения.5 is a diagram of a fuel cell system according to a fourth embodiment of the present invention.
Система топливных элементов согласно четвертому варианту осуществления имеет такую же конструкцию, что и система топливных элементов, объясненная в третьем варианте осуществления за исключением блока 80 подачи окислителя.The fuel cell system according to the fourth embodiment has the same structure as the fuel cell system explained in the third embodiment except for the
Блок 80 подачи окислителя согласно четвертому варианту осуществления содержит озоновый аппарат 82 для генерации озона, линию 84 подачи озона для соединения озонового аппарата 82 и катода 8 стопки 10 топливных элементов и увлажнитель 86, установленный на линии 84 подачи озона для увлажнения озона генерируемый озоновым аппаратом 82.The
В системе топливных элементов согласно четвертому варианту осуществления увлажненный озон непосредственно подается на катод 8 стопки 10 топливных элементов для осуществления реакции, и топливо, выходящее из стопки 10 топливных элементов после рециркуляции, подается в топливный бак 12 блоком 72 рециркуляции топлива.In the fuel cell system according to the fourth embodiment, moist ozone is directly supplied to the
Согласно системе топливных элементов настоящего изобретения воздух с добавлением озона или озон подается на катод стопки топливных элементов для ускорения реакции в стопке топливных элементов и для достижения высокой плотности тока, и, таким образом, для повышения производительности топливного элемента.According to the fuel cell system of the present invention, air with the addition of ozone or ozone is supplied to the cathode of the stack of fuel cells to accelerate the reaction in the stack of fuel cells and to achieve a high current density, and thus to increase the performance of the fuel cell.
Специалистам в данной области очевидно, что настоящее изобретение допускает различные вариации и модификации без отхода от сущности и объема изобретения. Таким образом, предполагается, что настоящее изобретение охватывает модификации и вариации этого изобретения при условии, что они укладываются в объем прилагаемой формулы изобретения.It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is capable of various variations and modifications without departing from the spirit and scope of the invention. Thus, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124855/09A RU2326471C2 (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Fuel cell system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124855/09A RU2326471C2 (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Fuel cell system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006124855A RU2006124855A (en) | 2008-01-20 |
| RU2326471C2 true RU2326471C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=39108349
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124855/09A RU2326471C2 (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Fuel cell system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2326471C2 (en) |
-
2003
- 2003-12-12 RU RU2006124855/09A patent/RU2326471C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006124855A (en) | 2008-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2005108849A (en) | Liquid fuel mixing device and direct liquid fuel cell employing the same | |
| US7008710B2 (en) | Fuel cell system with air cooling device | |
| JP4806139B2 (en) | Fuel cell humidification system | |
| EP1463136A2 (en) | Fuel cell system with air cooling device | |
| JP3356721B2 (en) | Fuel cell device | |
| CN213520056U (en) | Fuel cell humidification system | |
| JP4970672B2 (en) | Fuel cell power generation equipment | |
| JP2009245859A (en) | Fuel cell device and its driving method | |
| RU2326471C2 (en) | Fuel cell system | |
| KR100531824B1 (en) | Fuel circulation control apparatus of fuel cell system | |
| US7316858B2 (en) | Fuel cell system | |
| JP2006080005A (en) | Gas supply method of fuel cell and fuel cell power generation system | |
| US7449260B2 (en) | Fuel cell stack including hydrogen pumping fuel cells | |
| KR20030073682A (en) | Fuel feed system for fuel cell | |
| KR100533008B1 (en) | Fuel cell system having water trap apparatus | |
| CN1476120A (en) | Air conveying device capable of raising fuel battery operation efficiency | |
| CN105552403B (en) | Fuel cell system and the method using its power supply | |
| KR100539753B1 (en) | Water supply apparatus of fuel cell system | |
| KR20040074730A (en) | Boron fuel cell system | |
| KR100829428B1 (en) | Fuel tank for fuel cell | |
| JP2002203587A (en) | Fuel cell system | |
| KR20060097135A (en) | Fuel cell system | |
| KR20040000556A (en) | Fuel tank for fuel cell | |
| KR20030078974A (en) | Fuel supplying device for fuel cell system | |
| KR100830939B1 (en) | Apparatus for removing hydrogen gas of fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101213 |