专利名称：具有水冷式散热装置的燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有水冷式(water type)散热装置的燃料电池，更具体地，涉及一种能够通过收集(取回)经散热板散发到燃料电池外的热量来加热燃料电池内部水箱(或水容器)中存储的水，并且能够利用水冷式散热结构来提高散热效果的具有水冷式散热装置的燃料电池。
背景技术：
近来，从发电厂产生的热力或水力用以产生建筑物中使用的电力。从发电厂产生的电能经电力传输线供应至位于各地的建筑物(例如每所房屋)，所供应的电能用以运行电视机、电冰箱、空调等，从而使生活便利。
但是，为了获得所用的电能，发电厂中燃烧油或煤以产生热能，然后将热能转换为电能，因此，与使用的燃料能量相比，发电效率相当低。此外，将发电厂产生的电能经电力传输线供应至各地的建筑物时，发生很大的能量损失，因此，与消耗的燃料能量相比，降低了各建筑物中使用的电能的效率。也就是说，各建筑物中使用的电能是通过消耗非常大量的燃料能量而获得。另外，诸如油或煤之类的大量燃料的燃烧会产生污染物，从而导致环境污染。
因此，近来正在开发燃料电池，以能够提供很高的能量效率，并且产生环境友好的电能。这种燃料电池是指利用从外部连续供应的燃料与空气之间的电化学反应，将燃料中所含的化学能直接转换为电能的装置。
图1为示出现有技术的具有散热装置的燃料电池结构的示意图，图2为示出图1中散热板结构的立体图。
如图所示，现有技术的燃料电池包括燃料供应单元10，用于供应一定量的燃料；重整器20，用于通过从燃料供应单元10接收燃料来产生包含氢气的含氢气体和热量；堆单元30，用于通过重整器20产生的氢与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；电源转换器(power converter)40，用于将堆单元30产生的电力转换为交流电(AC)；以及水箱(或水容器)50，用于利用堆单元30产生的热量来供应热水。
重整器(reformer)20包括脱硫反应器(DS)21，用于引入水、空气以及从燃料供应单元10供应的燃料，从而去除燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)22，用于使燃料与蒸汽发生反应；高温蒸汽反应器(HTSR)23，用于使一氧化碳与蒸汽发生反应；低温蒸汽反应器(LTSR)24，用于将一氧化碳转换为二氧化碳；部分氧化反应器(PRO)25，用于将未氧化的一氧化碳转换为二氧化碳；反应炉26，用于通过重整过程和氢提纯过程从燃料中产生氢；以及燃烧器27，通过与反应炉26接触连接，用于向反应炉26供应所需热量。
堆单元30通过堆叠多个单元电池而实现，并且包括阳极31、电解膜32和阴极33。
电源转换器40是指一种用于将堆单元30产生的直流电(DC)转换为可用于家庭的交流电的装置。电源转换器40中设置有多个用于运行转换器41和逆变器42的装置(未示出)。各装置均耦接至散热板，以将所产生的热量散发到外部。
沿散热板43的厚度方向向上具有一定长度的多个散热片43a设置在散热板43的上端表面，从而通过增加散热板43与空气之间的接触面积来快速进行散热板43的散热。散热扇44设置在散热板43的一侧，用以冷却散热板43。
连接管线60将堆单元30的下端部与水箱50的下端部相连接，水箱50内的水经该连接管线60流入及流出，从而能够利用堆单元30产生的热量来加热水箱50中所含的水。通过将连接管线60连接至水箱50的下端部，通过水的对流，较冷的水位于水箱50的下侧，而较热的水位于其上侧，从而减少了对水进行加热所用的时间。
但是，对于现有技术的燃料电池，是利用散热板43的散热片43a和散热扇44将电源转换器40产生的热量排出电源转换器40。这里，散热板43中使用的空气冷却方法没有提供快速冷却效果。此外，电源转换器40产生的热量未被收集而是被排放出去，这导致能量的利用效率低下。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有水冷式散热装置的燃料电池，其能够通过收集(取回)经散热板散发到燃料电池外的热量来加热燃料电池内部水箱(或水容器)中存储的水，并且能够利用水冷式散热结构来提高散热效果。
为获得这些以及其它优点，并且根据本发明的意图，如在此具体实施和广泛描述的，本发明提供一种具有水冷式散热装置的燃料电池，包括燃料供应单元，用于供应一定比率的燃料；重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢气的含氢气体；堆单元，用于通过该重整器产生的含氢气体与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；水箱，其连接至该堆单元的一侧，用于利用该堆单元产生的热量来加热该水箱中所含的水；电源转换器，其连接至该堆单元的一侧，用于将该堆单元产生的电力转换为交流电，并且该电源转换器具有多个散热板；以及强制散热单元，用于强制冷却所述散热板以及用于加热该水箱中所含的水。
通过以下结合附图对于本发明的具体描述，本发明的前述以及其它目的、特征、方案和优点将更为明显。
附图包含在说明书中并构成说明书的一部分，用以提供对于本发明的进一步理解，附图示出本发明的实施例，并与说明书一起用于解释发明原理。
在附图中图1为示出现有技术的具有散热装置的燃料电池结构的示意图；图2为示出图1中散热板结构的立体图；图3为示出根据本发明一实施例的具有散热装置的燃料电池结构的示意图；以及图4为示出图3中散热板的立体图。
具体实施例方式
以下参考附图详细描述本发明。
本发明提供一种具有水冷式散热装置的燃料电池，包括燃料供应单元，用于供应一定比率的燃料；重整器，用于通过从燃料供应单元接收燃料来产生包含氢气的含氢气体；堆单元，用于通过重整器产生的含氢气体与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；水箱，其连接至堆单元的一侧，用于利用堆单元产生的热量来加热水箱中所含的水；电源转换器，其连接至堆单元的一侧，用于将堆单元产生的电力转换为交流电，并且该电源转换器具有多个散热板；以及强制散热单元，用于强制冷却散热板以及用于加热水箱中所含的水。
以下参考附图对本发明进行详细说明。
图3为示出根据本发明一实施例的具有散热装置的燃料电池结构的示意图，图4为示出图3中散热板的立体图。
如图所示，根据本发明实施例的具有水冷式散热装置的燃料电池包括燃料供应单元100，用于供应一定比率的燃料；重整器200，用于通过从燃料供应单元100接收燃料来产生包含氢气的含氢气体；堆单元300，用于通过重整器200产生的含氢气体与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；水箱500，其连接至堆单元300的一侧，用于利用堆单元300产生的热量来加热该水箱中所含的水；电源转换器400，其连接至堆单元300的一侧，用于将堆单元300产生的电力转换为交流电，并且该电源转换器400具有多个散热板430；以及强制散热单元，用于强制冷却散热板430以及用于加热水箱500中所含的水。
重整器200包括脱硫反应器(DS)210，用于引入水、空气以及从燃料供应单元100供应的燃料，从而去除燃料中所含的硫；蒸汽重整器(SR)220，用于使燃料与蒸汽发生反应；高温蒸汽反应器(HTSR)230，用于使一氧化碳与蒸汽发生反应；低温蒸汽反应器(LTSR)240，用于将一氧化碳转换为二氧化碳；部分氧化反应器(PRO)250，用于将未氧化的一氧化碳转换为二氧化碳；反应炉260，用于通过重整过程和氢提纯过程从燃料中产生氢；以及燃烧器270，通过与反应炉260接触连接，用于向反应炉260供应所需热量。
堆单元300通过堆叠多个单元电池而实现，并且包括阳极310、电解膜320和阴极330。
电源转换器400是指一种用于将堆单元300产生的直流电(DC)转换为可用于家庭的交流电(AC)的装置。电源转换器400中设置有多个用于运行转换器410和逆变器420的装置(未示出)。各装置均耦接至散热板430，以将所产生的热量散发到外部。
沿散热板430的厚度方向向上具有一定长度的多个散热片431设置在散热板430的上端表面，从而通过增加散热板430与空气之间的接触面积来快速进行散热板430的散热。多个插入孔432形成为穿过散热板430的一侧，从而以插入的方式连接至分支管(divergence pipe)700，该分支管700稍后说明。
连接管线600安装在堆单元300的下端部以及水箱500的下端部，水箱500内的水经该连接管线600流入及流出，从而能够利用堆单元300产生的热量来加热水箱500中所含的水。通过将连接管线600连接至水箱500的下端部，通过水的对流，较冷的水位于水箱500的下侧，而较热的水位于其上侧，从而减少了对水进行加热所用的时间。
强制散热单元是指分支管700，其从连接堆单元300和水箱500的连接管线600分支出来，然后经散热板430与连接管线600相合并，从而与散热板430相接触。分支管700插入到散热板430的插入孔432中以与散热板430相接触，然后连接至连接管线600的一侧，以使水箱内的水能够从中流过。此外，强制散热单元可以以Z字形的方式通过散热板430。
在此种结构的根据本发明实施例的具有强制散热单元的燃料电池中，当燃料供应单元100将水和燃料(例如，甲醇、液化天然气(即LNG)、汽油等)供应至重整器200时，在重整器200中混合进行蒸汽重整和部分氧化，从而产生含有氢气的含氢气体、反应热和水。
在已接收到含氢气体的堆单元300中，氢气H2被供应到阳极310一侧，以产生电化学氧化反应。然后，氢气H2被电离为氢离子H+和电子e-，从而被氧化。电离出的氢离子H+经电解膜320移向阴极330，电子e-经电解膜320移向阳极310，从而产生电力、热量和水。堆单元300产生的电力通过电源转换器400转换为交流电(AC)，以运行电子产品。
水箱500中所含的水经设置在堆单元300与水箱500之间的连接管线600流入堆单元300，从而被堆单元300产生的热量所加热。加热后的水排出堆单元300。排出的水经分支管700与散热板430相接触，然后被加热到更高温度，随后流入水箱500。反复进行这些过程，从而能够更快地加热水箱中所含的水。此外，与现有技术的燃料电池中使用的空气冷却方法相比，不使用单独的散热扇，散热板430就能够被更快地冷却。
由于本发明可以具体实施为多种形式而不脱离其精神或实质特征，因此应当理解除非另有规定，上述实施例不受限于任何前述细节，而应在随附权利要求书所限定的精神和范围内被广泛地解释；因此，落入权利要求书的界限或其等效范围内的全部变化和修改都应被随附权利要求书所涵盖。
权利要求
1.一种具有水冷式散热装置的燃料电池，包括燃料供应单元，用于供应一定比率的燃料；重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢气的含氢气体；堆单元，用于通过该重整器产生的含氢气体与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；水箱，连接至该堆单元的一侧，用于利用该堆单元产生的热量来加热该水箱中所含的水；电源转换器，连接至该堆单元的一侧，用于将该堆单元产生的电力转换为交流电，并且该电源转换器具有多个散热板；以及强制散热单元，用于强制冷却所述散热板以及用于加热该水箱中所含的水。
2.如权利要求1所述的燃料电池，其中，该强制散热单元是分支管，该分支管从用于将该堆单元与该水箱相连接的连接管线分支出来，然后经所述散热板与该连接管线相合并，从而与所述散热板相接触。
3.如权利要求2所述的燃料电池，其中该分支管以Z字形的方式通过所述散热板。
4.如权利要求3所述的燃料电池，其中，多个插入孔形成在所述散热板的一侧，以增加所述散热板与该分支管之间的接触面积，并且该分支管插入所述多个插入孔中。
5.一种具有水冷式散热装置的燃料电池，包括燃料供应单元，用于供应一定比率的燃料；重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢气的含氢气体；堆单元，用于通过该重整器产生的含氢气体与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；水箱，连接至该堆单元的一侧；电源转换器，连接至该堆单元的一侧，用于将该堆单元产生的电力转换为交流电，并且该电源转换器具有多个散热板；以及分支管，从用于将该堆单元与该水箱相连接的连接管线分支出来，然后以Z字形的方式经所述散热板与该连接管线相合并。
全文摘要
一种具有水冷式散热装置的燃料电池，包括燃料供应单元，用于供应一定比率的燃料；重整器，用于通过从该燃料供应单元接收燃料来产生包含氢气的含氢气体；堆单元，用于通过该重整器产生的含氢气体与单独供应的氧之间的电化学反应来产生电力和热量；水箱，其连接至该堆单元的一侧，用于利用该堆单元产生的热量来加热该水箱中所含的水；电源转换器，其连接至该堆单元的一侧，用于将该堆单元产生的电力转换为交流电，并且该电源转换器具有多个散热板；以及强制散热单元，用于强制冷却所述散热板以及用于加热该水箱中所含的水。
文档编号H01M8/04GK1921202SQ20061012138
公开日2007年2月28日 申请日期2006年8月21日 优先权日2005年8月22日
发明者金泰元, 崔弘 申请人:Lg电子株式会社, Lg化学株式会社