[發明專利]具有內置于堆疊體中的熱交換器的燃料電池

有效

• 申請號: 200610139994.0
• 申請日: 2006-10-08
• 公開（公告）號: CN101087031A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 李承宰;宋泰元
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 陶鳳波

技術領域

本發明一般涉及燃料電池，更具體地說，涉及包括具有內置式(build-in)熱交換器的堆疊體(stack)的燃料電池，該熱交換器具有減小燃料電池空間占有率的結構。

背景技術

一般而言，燃料電池是通過化學反應將燃料的化學能直接轉化為電能的裝置，并且是一種只要提供燃料就可以發電的發電體。

圖1是一種典型的燃料電池發電的原理示意圖，圖2是具有熱交換器的傳統燃料電池的透視圖，圖3的分解透視圖示出了包括于燃料電池堆疊體中的單元電池10的材料循環部分的結構。參考圖1，將含有氧的空氣提供給陰極1和將含有氫的燃料提供給陽極3時，通過電解質膜2發生的水電解的逆反應產生電。但是，單元電池10產生的電壓通常不夠高，因而無法使用。因此，如圖2所示，在堆疊體20中設置多個單元電池10，這些單元電池10呈串聯連接。如圖3所示，在堆疊體20中堆疊的每一電池10中包括用于向每一電極1和3提供氫或氧、并回收氧或氫的表面流動通道4a。因此，如圖2所示，當通過堆疊體20的端板21提供氫或氧時，相應的材料通過每一電池10相應的流動通道循環到每一電極。當然，如上所述，提供氫作為化學燃料，而氧由空氣提供。

在電化學反應期間，不僅發電，還產生熱。因此，為了使燃料電池保持平穩的工作，必須不斷地排出熱。為此，如圖2所示，在燃料電池中設有熱交換器30，并且在堆疊體20的每五-六個單元電池10中形成用于流過交換熱能的冷卻水的冷卻板5。于是，冷卻水在流過冷卻板5的流動通道5a(參見圖3)的同時吸收來自堆疊體20的熱量。已吸熱的冷卻水在熱交換器30中被二次冷卻水冷卻，并通過堆疊體20再循環。這時，冷卻水的循環是通過從周圍吸熱的沸水的自然對流來實現的，而不是通過另外的循環力來實現。附圖標記40表示測量進入熱交換器30的冷卻水溫度的熱傳感器，附圖標記50表示開啟和封閉從熱交換器30到堆疊體20的流動通道的電磁閥。在正常工作期間，電磁閥50開啟，以使冷卻水循環，但是，若進入熱交換器30的冷卻水溫度太低，電磁閥50封閉流動通道，致使堆疊體20中的冷卻水溫度上升。之后，當堆疊體20中的冷卻水溫度上升到預定水平時，電磁閥50開啟。通過控制器(未示出)自動控制電磁閥50的開啟和封閉。

但是，在傳統的燃料電池結構中，堆疊體20和熱交換器30分開安裝。因此燃料電池的總體積大，因而占用的空間大。換句話說，由于堆疊體20和熱交換器30兩者都需要分別占用分開的空間，所以在使用這種燃料電池的裝置中安裝燃料電池所需的空間增加。這是應用傳統燃料電池的缺點。而且，冷卻水的流動通道長度也隨著燃料電池的體積增加而增加，因而使熱損耗增加。

所以，需要開發具有緊湊結構的新的冷卻系統的燃料電池，以克服所述缺陷。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有更小空間占有率并且可以平穩地實現冷卻和發電功能的燃料電池。

根據本發明的一方面，提供一種燃料電池，該燃料電池包括發生將燃料的化學能轉換為電的化學反應的堆疊體和排出在堆疊體中進行能量轉換過程期間產生的熱量的熱交換器，其中該熱交換器被安裝在至少一塊裝于堆疊體上的板中。

可將熱交換器安裝在設于堆疊體端部上的一對端板的至少一塊中。

該熱交換器可包括：用于臨時儲存在堆疊體中循環的冷卻水的冷卻水儲存器；和二次冷卻水流動通道，該二次冷卻水流動通道經過冷卻水儲存器，并使與流過的冷卻水進行熱交換的二次冷卻水流過。

該熱交換板可包括：用于臨時儲存在堆疊體中循環的冷卻水的冷卻水儲存器；和二次冷卻水流動通道，該二次冷卻水流動通道經過冷卻水儲存器，并使與冷卻水進行熱交換的二次冷卻水流過。

冷卻水儲存器可以包括：二次冷卻水流動通道經過的第一冷卻水儲存器；儲存通過與二次冷卻水流動通道接觸而被冷卻的冷卻水的第二冷卻水儲存器；和有選擇地開啟和封閉連接第一和第二冷卻水儲存器的流動通道的電磁閥。

附圖說明

通過參考附圖詳細說明本發明的示例性實施方式，本發明的上述和其它特點及優點將更加清晰。附圖中：

圖1是典型燃料電池的發電原理的示意圖；

圖2是具有熱交換器的傳統燃料電池的透視圖；

圖3的分解透視圖示出了包括于燃料電池堆疊體中的單元電池的材料循環部分的結構；

圖4是具有本發明一實施方式的內置式熱交換器的燃料電池的透視圖；

圖5是具有本發明另一實施方式的內置式熱交換器的燃料電池的透視圖；