专利名称：用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统。
背景技术：
目前广泛用作能源的石油拥有可耗尽储量，且随着时间的推移石油正在逐渐耗尽，因此能源问题已经成为国家性和全球性的议题。由于这个原因，已经对从石油、液化天然气、液化石油气燃料以及诸如氢气等的可替代能源产生诸如电力等能量的燃料电池增加了兴趣。在通过电化学反应直接将燃料的化学能转化成电能的各种类型的燃料电池中，固体氧化物燃料电池(SOFC)具有高的理论效率而且使用时无需各种燃料转换器。因此，以煤气公司和电力公司为中心对家用或工业用途的固体氧化物燃料电池(SOFC)的商业化研究已经积极地进行。固体氧化物燃料电池(SOFC)的操作和对其性能的评估在大约800°C的高温下进行。在板式(flat type)固体氧化物燃料电池的情况下，为此已经开发了通过使用夹具和密封剂实现的性能评估方法。同时，在现有技术中，一种用于评估板式固体氧化物燃料电池的性能的系统在美国专利公开N0.2005-0263393中公开。但是，在圆柱形固体氧化物燃料电池的情况下，现有技术中公开的用于评估性能的系统既不能被采用也无法容易地被执行。
发明内容
本发明致力于提供一种用于测量固体氧化物燃料电池的性能而且能够容易地测量圆柱形固体氧化物燃料电池的性能的系统。本发明还致力于提供一种用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统，无需密封工序来防止两种燃料混合。根据本发明的优选实施方式，提供一种用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统，包括:包裹固体氧化物燃料电池的加热炉，该加热炉具有第一开口部分和在该加热炉的一个表面中形成的燃料供给孔，固体氧化物燃料电池的长度方向上的一个侧面通过该第一开口部分向外伸出；第一燃料存储单元，用于存储供给至燃料供给孔的第一燃料；第二燃料存储单元，用于存储供给至固体氧化物燃料电池的第二燃料；第一燃料供给控制单元，布置在第一燃料存储单元和燃料供给孔之间以用于控制第一燃料的供给量；第二燃料供给控制单元，布置在第二燃料存储单元和固体氧化物燃料电池之间以用于控制第二燃料的供给量；电力负载，用于测量从固体氧化物燃料电池输出的电流或电压；以及控制单元，用于通过使用第一燃料供给控制单元来控制从第一燃料存储单元至燃料供给孔的燃料供给以及通过使用第二燃料供给控制单元来控制从第二燃料存储单元至固体氧化物燃料电池的燃料供给，以及用于通过使用电力负载来控制从固体氧化物燃料电池输出的电流或电压的测量。该系统还可以包括一端通过固体氧化物燃料电池的一个侧面插入固体氧化物燃料电池而另一端连接第二燃料供给控制单元的歧管，其中固体氧化物燃料电池的一个侧面可以开口而固体氧化物燃料电池的另一侧面可以是封闭的。该系统还可以包括将第二燃料供给控制单元连接到歧管的另一端的连接单元。该系统还可以包括:存储供给至固体氧化物燃料电池的第三燃料的第三燃料存储单元；布置在第三燃料存储单元和固体氧化物燃料电池之间用于控制第三燃料的供给量的第三燃料供给控制单元；及将第三燃料供给控制单元连接至歧管的另一端的连接单元。第三燃料可以是氮气(N2)。该系统还可以包括一端连接至固体氧化物燃料电池的一个侧面而另一端连接至第二燃料供给控制单元的歧管，其中固体氧化物燃料电池的一个侧面和另一个侧面可以开口，及加热炉还可以包括第二开口部分，固体氧化物燃料电池的另一个侧面通过该第二开口部分向外伸出。该系统还可以包括将第二燃料供给控制单元连接至歧管的另一端的连接单元。该系统还可以包括使固体氧化物燃料电池的一个侧面和歧管的一端相互耦合的连接件。该系统还可以包括布置在固体氧化物燃料电池的另一个侧面附近的排放管。该系统还可以包括:存储供给至固体氧化物燃料电池的第三燃料的第三燃料存储单元；布置在第三燃料存储单元和固体氧化物燃料电池之间用于控制第三燃料的供给量的第三燃料供给控制单元；及将第三燃料供给控制单元连接至歧管的另一端的连接单元。
第三燃料可以是氮气(N2)。第一燃料和第二燃料可以分别是氧气(O2)和氢气(H2)。该系统还可以包括用于显示由电力负载测量的电流或电压的显示单元，其中控制单元能够接收由电力负载测量的电流或电压以便将接收到的电流或电压传输至显示单
J Li ο该系统还可以包括布置在加热炉的内壁上用于测量加热炉内部的空气温度的温度传感器，其中控制单元可以根据温度传感器测量的加热炉内部的空气温度来控制加热炉的运转。
图1是示出根据本发明优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统的结构的框图；图2是示出根据本发明优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统中的加热炉的结构的透视图3是示出根据本发明另一优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统的结构的框图；及图4是示出根据本发明另一优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统中的加热炉的结构的平面视图。
具体实施例方式根据下面参照附图的描述，本发明的各种特征和优点将更加明显。在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应当被解释为局限于典型的意义和字典定义，而是应当基于发明人能适当地定义术语的概念以最恰当地描述他或她知道的实施本发明的最佳方法的原则被解释为具有与本发明的技术范围相关的含义和概念。本发明的上述和其它目的、特征和优点从随后结合附图的详细描述中将更加清楚地被理解。在说明书中，在向整个附图中的组件中添加参考标号时，应该注意同样的参考标号指示同样的组件，即使组件在不同附图中显示。另外，在本发明的描述中，将省略相关的已知功能或结构的详细描述以避免使本发明的主旨不清楚。说明书中使用的术语“第一”、“第二”等等可以用于描述各种组件，但组件不应当被解释为局限于所述术语。在下文中，将参照附图对本发明的优选实施方式详细描述。第一优选实施方式I图1是示出根据本发明优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统的结构的框图。参照图1，根据本优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统100包括加热炉110、歧管120、第一燃料存储单元142、第二燃料存储单元144、电力负载140及控制单元160。在本优选实施方式中，加热炉110能够包裹固体氧化物燃料电池180，且可以具有第一开口部分113，使得固体氧化物燃料电池的长度方向上的侧面从该地域开口部分113向外伸出。而且，加热炉110可以具有形成于该加热炉110的一个表面中的燃料供给孔111。在此，长度方向是指与固体氧化物燃料电池180内燃料的移动方向平行的方向。换句话说，长度方向是指与固体氧化物燃料电池180内的箭头方向平行的方向，如图1所
/Jn ο另外，根据本优选实施方式的加热炉110的结构可以被划分为主体部分IlOb和盖子部分110a，如图2所示，但不特别局限于此。例如，盖子部分IlOa打开，然后，固体氧化物燃料电池180的一个侧面被布置以便其向外伸出，如图1和2所示。然后，盖子部分IlOa合上，以致加热炉110包裹固体氧化物燃料电池180。在此，彼此对应的槽115和114分别形成在主体部分IlOb和盖子部分IlOa上，如图2所示。如此，固体氧化物燃料电池180的一侧能够通过槽115和114向外伸出。换句话说，加热炉110的第一开口部分113可以由彼此对应且形成在主体部分IlOb和盖子部分IlOa上的一对槽115和114组成，但不特别局限于此。另外，可以在第一开口部分113与通过第一开口部分113的固体氧化物燃料电池180之间形成间隙116，如图1所示。在本优选实施方式中，不需要对间隙116执行密封工序。一般来说，当分别被供给给燃料电池的阳极和阴极的氢气和氧气在高温情况下彼此混合时，爆炸或类似情况可能发生。因此，现有技术中的性能评估装置需要密封工序来避免氢气和氧气混合。但是，在本优选实施方式中，如上文描述，一个侧面，即固体氧化物燃料电池180的开口侧通过加热炉110的第一开口部分113伸出加热炉110。因此，被供给至固体氧化物燃料电池180的氢气(H2)即第二燃料沿箭头方向移动，如图1所示，然后被排出加热炉110。因此，即使第一开口部分113和固体氧化物燃料电池180之间的间隙不被密封，作为供给至加热炉110的第一燃料的空气和作为供给至固体氧化物燃料电池180的第二燃料的氢气也不会彼此混合。—般来说，为了实现用于保持预定温度水平的配置，加热炉110可以由高温隔热材料制成，但是不特别局限于此。另外，加热线路可以被埋在高温隔热材料里，而且加热炉110内部的空气温度能够随着加热线路的加热而升高。在此，控制单元160可以相对于空气温度来控制目标温度的设置，而且还可以控制温度增长率。另外，根据本优选实施方式，燃料供给孔111可以在系统100的加热炉110的一个表面中形成。该燃料供给孔111在平行于固体氧化物燃料电池180的表面内形成。但是，这仅仅是用于阐述一个优选实施方式，但是本优选实施方式不特别局限于此。另外，在本优选实施方式中，如图1所示，固体氧化物燃料电池180可以是圆柱形的，其长度方向上的一个侧面是开口的而长度方向上的另一个侧面是封闭的。但是，该形状仅仅是用于阐述一个优选实施方式，但是本优选实施方式不特别局限于此。在本优选实施方式中，歧管120可以插进固体氧化物燃料电池180中，如图1所
/Jn ο歧管120可以具有管状配置以用于供给燃料至固体氧化物燃料电池180，且深深地插入固体氧化物燃料电池180，如图1所示。在本优选实施方式中，歧管120可以由金属、陶瓷等制成，但不特别局限于此。第一燃料存储单元142具有用于存储供给至加热炉110的燃料供给孔111的第一燃料的配置。在此，第一燃料可以是氧气(02)，但不特别局限于此。第一燃料还可以是具有高含量氧气(O2)的普通空气。另外，本优选实施方式还可以包括第一燃料供给管151，作为将第一燃料存储单元142连接至燃料供给孔111的连接单元。另外，本发明还可以包括第一燃料供给控制单元141，用于控制从第一燃料存储单元142供给至第一燃料供给管151的第一燃料的量。在此，控制单元160可以通过传输控制信号至第一燃料供给控制单元141来控制从第一燃料存储单元142供给至第一燃料供给管151的第一燃料的量。另外，第二燃料存储单元144具有用于存储供给至插入固体氧化物燃料电池180内的歧管120的第二燃料的配置。在此，第二燃料可以是氢气(H2),但不特别局限于此。另外，本优选实施方式还可以包括第二燃料供给管153，作为将第二燃料存储单元144连接至歧管120的连接单元。另外，本发明还可以包括第二燃料供给控制单元143，用于控制从第二燃料存储单元144供给至第二燃料供给管153的第二燃料的量。在此，控制单元160可以通过传输控制信号至第二燃料供给控制单元143来控制从第二燃料存储单元144供给至第二燃料供给管153的第二燃料的量。换句话说，燃料通过使用固体氧化物燃料电池180内的歧管120来供给，而且燃料通过在加热炉Iio的一个表面内形成的孔111供给至固体氧化物燃料电池180的外部。此时供给的燃料可以分别是氢气(H2)和氧气(02)，但不特别局限于此。可替换地，根据固体氧化物燃料电池180的结构，氧气(O2)可以供给至固体氧化物燃料电池180内部而氢气(H2)可以供给至固体氧化物燃料电池180外部。在本优选实施方式中，电力负载140电连接至固体氧化物燃料电池180以用于测量从固体氧化物燃料电池180输出的电流或电压。同时，电力负载140可以施加预定水平的电压或电流至固体氧化物燃料电池180。换句话说，在本优选实施方式中，控制单元160控制电力负载140施加电压或电流至固体氧化物燃料电池180，并且还接收电力负载140所测量的固体氧化物燃料电池180的电流或电压。另外，本优选实施方式还可以包括用于显示电力负载140所测量的固体氧化物燃料电池180的电流或电压的显示单元170。如上文所述，控制单元160接收来自电力负载140的测量到的电流或电压，并且可以将其传输至显示单元170。同时，在输出电压比在测量固体氧化物燃料电池180时施加大电流的情况下的输出电压低IV或更低的情况下，本优选实施方式的系统还可以包括功率补偿电路，用于补偿端子和固体氧化物燃料电池180之外的电路的电压下降，以便防止因当前线路或电力负载140的内部电路引起的电压下降而导致可测量电压下限的增加。另外，根据本优选实施方式的系统100还可以包括用于存储供给至歧管120的第三燃料的第三燃料存储单元146，而且还包括用作连接在歧管120和第三燃料存储单元146之间的连接单元的第三燃料供给管153。另外，根据本优选实施方式的系统100还可以包括用于控制从第三燃料存储单元146供给至第三燃料供给管153的第三燃料的量的第三燃料供给控制单元145。这里，第三燃料可以是氮气(N2)，但是并非特别局限于此。在此，氮气(N2)用作第三燃料的原因是因为用于性能评估和电池降低过程的温度增长率以各种方式进行。特别地，该原因是氢气(H2)的浓度通过以各种比率混合氢气(H2)和氮气(N2)进行控制，因此性能评估可以在各种情况下进行。另外，该原因是氢气(H2)的浓度由于供给氮气(N2)而降低从而降低了温度，而且在诸如电池损坏等紧急情况下输入氮气(N2)从而停止性能评估。另外，根据本优选实施方式的系统100还可以包括用于测量加热炉110的内温的温度传感器112。在此，温度传感器112可以安装在加热炉110的内壁上，但不特别局限于此。尽管图1示出了一个温度传感器112，但是还可以提供两个或更多个温度传感器112。控制单元160接收来自温度传感器112的加热炉110内温。如果加热炉110的内温低于目标温度，则控制单元160通过使用形成在加热炉110内部的加热线路(未示出)来增加加热炉110的内温。如果加热炉110的内温高于目标温度，则如上文所述，控制单元160通过加热线路(未示出)来停止加热并然后通过输入氮气(N2)来降低加热炉110的内温。这样，根据用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统100，作为性能评估主体的、向其输入燃料的固体氧化物燃料电池180的一侧安装在加热炉110上以便该侧向外伸出，从而在甚至没有进行单独的密封工序的情况下也能够避免高温加热炉内两种燃料互相混合。这样，密封工序是不必要的，从而使性能评估的工作更容易且节省了性能评估的时间。第二优选实施方式2图3是示出根据本发明另一优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统的结构的框图。在此，将省略与第一优选实施方式的构造相对应的构造的描述，并且这些行对应的构造将被指定相同的参考标号。参照图3，类似于第一优选实施方式，根据本优选实施方式的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统2 00包括加热炉110、歧管120、第一燃料存储单元142、第二燃料存储单元144、电力负载140及控制单元160。但是，本优选实施方式不同于第一优选实施方式的是加热炉110具有固体氧化物燃料电池180的两个侧面都是暴露的的结构。特别地，如图3所示，根据本优选实施方式的加热炉110具有第一开口部分113和第二开口部分114，固体氧化物燃料电池180的一个侧面和另一个侧面分别通过第一开口部分113和第二开口部分114暴露到外面。换句话说，虽然第一优选实施方式公开了开口部分仅仅在加热炉110的一侧形成且固体氧化物燃料电池180的仅仅一个侧面通过该开口部分向外伸出，本优选实施方式公开了在加热炉110的两侧处都形成开口部分且固体氧化物燃料电池180的两个侧面通过开口部分都向外伸出。同时，固体氧化物燃料电池的两个侧面都是开口的的结构如图3所示，但这是作为一个例子给出的。本优选实施方式还可以应用于类似于第一优选实施方式中的一个侧面开口而另一个侧面封闭的固体氧化物燃料电池180。另外，本优选实施方式在歧管120的结构排布方面稍微不同于第一优选实施方式。虽然第一优选实施方式公开了歧管120的一端深深插入固体氧化物燃料电池180中，本优选实施方式公开了歧管120的一端连接至固体氧化物燃料电池180的其中一个侧面，如图3所示。在此，歧管120和固体氧化物燃料电池180的一个侧面通过使用单独的连接件125相互连接，如图4所示，从而防止外部不纯气体流入歧管120。在此，连接件125的材料没有特别的限制，但是优选使用具有弹力的材料以便连接件125能够无间隙地密封在歧管120和固体氧化物燃料电池180之间。另外，如图3所示，本优选实施方式还可以包括布置在固体氧化物燃料电池180的侧面附近的排放管190，其不与歧管120即固体氧化物燃料电池180的另一个侧面连接，通过歧管120输入进固体氧化物燃料电池180的燃料通过该排放管190排出。如前文所述，用于防止不同种类的燃料混合的密封工序是不必要的，从而减少了测量工作的时间并且减少了工作费用。更进一步，根据本发明，因为密封工序是不必要的，所以由于有缺陷的密封导致的测量失败不会发生，从而提高了测量的成功率。尽管本发明的优选实施方式已经为了说明的目的而被公开，但是它们是为了具体地解释本发明，因此根据本发明的用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统不局限于此，而那些本领域的技术人员将理解，在不背离本发明的如所附权利要求书公开的范围和实质的情况下，各种修改、添加和替代是可能的。因此，任何及所有修改、变型或等同布置都应该被认为位于本发明的范围内，并且本发明的详细范围将由所附权利要求书公开。
权利要求
1.一种用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统，该系统包括: 包裹所述固体氧化物燃料电池的加热炉，该加热炉具有第一开口部分和在该加热炉的一个表面中形成的燃料供给孔，所述固体氧化物燃料电池的长度方向上的一个侧面通过所述第一开口部分向外伸出； 第一燃料存储单元，用于存储供给至所述燃料供给孔的第一燃料； 第二燃料存储单元，用于存储供给至所述固体氧化物燃料电池中的第二燃料； 第一燃料供给控制单元，布置在所述第一燃料存储单元与所述燃料供给孔之间以用于控制所述第一燃料的供给量； 第二燃料供给控制单元，布置在所述第二燃料存储单元与所述固体氧化物燃料电池之间以用于控制所述第二燃料的供给量； 电力负载，用于测量从所述固体氧化物燃料电池输出的电流或电压；及控制单元，用于通过使用所述第一燃料供给控制单元来控制从所述第一燃料存储单元至所述燃料供给孔的燃料供给以及通过使用所述第二燃料控制单元来控制从所述第二燃料存储单元至所述固体氧化物燃料电池的燃料供给，并用于控制使用所述电力负载对从所述固体氧化物燃料电池输出的电流或电压的测量。
2.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括歧管，该歧管的一端通过所述固体氧化物燃料电池的一个侧面插入所述固体氧化物燃料电池中而另一端连接至所述第二燃料供给控制单元，其中所述固体氧化物燃料电池的一个侧面是开口的，而所述固体氧化物燃料电池的另一个侧面是封闭的。
3.根据权利要求2所述的系统，该系统还包括将所述第二燃料供给控制单元连接至所述歧管的另一端的连接 单元。
4.根据权利要求2所述的系统，该系统还包括: 第三燃料存储单元，用于存储供给至所述固体氧化物燃料电池的第三燃料； 第三燃料供给控制单元，布置在所述第三燃料存储单元与所述固体氧化物燃料电池之间以用于控制所述第三燃料的供给量；及 连接单元，用于将所述第三燃料供给控制单元连接至所述歧管的另一端。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述第三燃料是氮气(N2)。
6.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括歧管，该歧管的一端连接至所述固体氧化物燃料电池的一个侧面而另一端连接至所述第二燃料供给控制单元，其中所述固体氧化物燃料电池的一个侧面和另一个侧面是开口的，且所述加热炉还包括第二开口部分，所述固体氧化物燃料电池的另一个侧面通过该第二开口部分向外伸出。
7.根据权利要求6所述的系统，该系统还包括将所述第二燃料供给控制单元连接至所述歧管的另一端的连接单元。
8.根据权利要求6所述的系统，该系统还包括使所述固体氧化物燃料电池的一个侧面和所述歧管的一端相互耦合的连接件。
9.根据权利要求6所述的系统，该系统还包括布置在所述固体氧化物燃料电池的所述另一个侧面附近的排放管。
10.根据权利要求6所述的系统，该系统还包括: 第三燃料存储单元，用于存储供给至所述固体氧化物燃料电池中的第三燃料；第三燃料供给控制单元，布置在所述第三燃料存储单元与所述固体氧化物燃料电池之间以用于控制所述第三燃料的供给量；及 连接单元，用于将所述第三燃料供给控制单元连接至所述歧管的另一端。
11.根据权利要求10所述的系统，其中所述第三燃料是氮气(n2)。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一燃料和所述第二燃料分别是氧气(O2)和氢气(h2)。
13.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括用于显示由所述电力负载测量的电流或电压的显示单元，其中所述控制单元接收由所述电力负载测量的所述电流或电压以便将接收到的电流或电压传送至所述显示单元。
14.根据权利要求1所述的系统，该系统还包括布置在所述加热炉的内壁上以用于测量所述加热炉内部的空气温 度的温度传感器，其中所述控制单元根据所述温度传感器测量的所述加热炉内部的空气温度来控制所述加热炉的运转。
全文摘要
在此公开一种用于测量固体氧化物燃料电池的性能的系统，包括包裹固体氧化物燃料电池的加热炉，该加热炉具有第一开口部分和在该加热炉的一个表面中形成的燃料供给孔，所述固体氧化物燃料电池的长度方向上的一个侧面通过该第一开口部分向外伸出；第一燃料存储单元；第二燃料存储单元；第一燃料供给控制单元；第二燃料供给控制单元；测量从所述固体氧化物燃料电池输出的电流或电压的电力负载；及通过使用所述第一燃料供给控制单元和所述第二燃料控制单元来控制燃料供给和控制使用所述电力负载对电流或电压的测量的控制单元。
文档编号H01M8/04GK103187579SQ20121018408
公开日2013年7月3日 申请日期2012年6月5日 优先权日2011年12月29日
发明者金成汉, 柳韩蔚, 李彦洙, 具本锡, 李弘烈 申请人:三星电机株式会社