[發(fā)明專利]燃料電池系統(tǒng)與燃料電池的冷卻送氣方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910132426.1
• 申請(qǐng)日: 2009-03-27
• 公開（公告）號(hào): CN101557000A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 佐藤裕輔;坂上英一;富松師浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社東芝
• 主分類號(hào): H01M8/00
• 分類號(hào): H01M8/00;H01M8/02;H01M8/04;H01M2/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所
• 代理人: 楊曉光;于 靜

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)基于并要求2008年3月27日提交的在先日本專利申請(qǐng)No.2008-083426的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容并入此處作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃料電池冷卻送氣方法——其用于冷卻燃料電池，以及向燃料電池的空氣流動(dòng)通道供給空氣——以及燃料電池系統(tǒng)。

背景技術(shù)

由JP-A?2007-095581(KOKAI)、JP-A?2005-216777(KOKAI)、JP-A?H11-67249(KOKAI)知道，燃料電池是用于作為電地向外界取出通過燃料與氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)獲得的自由能量的變化的系統(tǒng)。燃料主要為氫或基于碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)化合物，氧化劑主要為氧。為了作為電能地取出由于燃料與氧化劑之間的化學(xué)反應(yīng)得到的自由能量變化，燃料電池包含作為電子導(dǎo)體的兩個(gè)電極以及作為離子導(dǎo)體的電解質(zhì)。

根據(jù)燃料或電解質(zhì)的類型，燃料電池被分為幾種類型。例如，燃料電池的系統(tǒng)包括直接甲醇燃料電池(DMFC)系統(tǒng)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)系統(tǒng)、高分子電解質(zhì)燃料電池(PEFC)系統(tǒng)等。

直接甲醇燃料電池具有這樣的結(jié)構(gòu)：電解質(zhì)被插入作為負(fù)電極的陽(yáng)極以及作為正電極的陰極之間。甲醇(CH₃OH)和水(H₂O)被供給燃料電池的陽(yáng)極。通常，甲醇和水以二者的混合物的形式供給，例如甲醇的水溶液。另一方面，氧(O₂)被供到燃料電池的陰極側(cè)。

下面的公式(1)的反應(yīng)發(fā)生在燃料電池的陽(yáng)極側(cè)。

CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^--121.9kJ/mol????(1)

下面的公式(2)的反應(yīng)發(fā)生在燃料電池的另一側(cè)，即陰極側(cè)。

3/2O2+6H⁺+6e^-→3H₂O+141.95kJ/mol??(2)

這里，燃料電池的電解質(zhì)膜具有不傳輸電子(e^-)、僅傳輸質(zhì)子(H⁺)的選擇性。因此，必然地，電子不得不通過燃料電池外面的外部電路向著陰極側(cè)行進(jìn)，且被供給外部電路的電子(e^-)作為電能被取出到外部。

如上所述，燃料電池需要向正側(cè)電極的氧(O₂)的供給，通過使用泵，氧通常被供給正側(cè)電極。

另一方面，在燃料電池中，由于發(fā)生公式(1)與(2)的反應(yīng)時(shí)燃料電池的內(nèi)阻，難以將容納在燃料中的整個(gè)能量轉(zhuǎn)換為電能，且產(chǎn)生了轉(zhuǎn)換損耗。出于這個(gè)原因，大輸出的燃料電池需要強(qiáng)制散發(fā)熱量的功能，因此通過冷卻風(fēng)扇來冷卻。也就是說，燃料電池既需要向陰極供給氧的送氣功能，又需要對(duì)燃料電池進(jìn)行冷卻的送氣功能，包含送氣泵的兩個(gè)風(fēng)扇以及冷卻風(fēng)扇被設(shè)置在許多燃料電池系統(tǒng)中。還提出了，出于尺寸縮減和簡(jiǎn)化燃料電池系統(tǒng)的目的，使送氣泵和冷卻風(fēng)扇成為一體。

例如，在JP-A?2007-095581(KOKAI)中，公開了具有這樣的結(jié)構(gòu)的燃料電池：作為發(fā)電部分的燃料電池被堆疊在容器內(nèi)。在燃料電池中，各個(gè)燃料電池由膜電極組件(membrane?electrode?assembly)、陽(yáng)極側(cè)板、陰極側(cè)板構(gòu)成，在容器中提供開口部分，使得氣流由設(shè)置在容器外部的風(fēng)扇通過開口部分流入容器，并使氣流通過開口部分流出。這里，陰極側(cè)板以這樣的方式布置：陰極側(cè)板與氣流接觸，包含在氣流中的氧被供給膜電極組件，以便用于發(fā)電。

在JP-A?2007-095581(KOKAI)中，公開了這樣的結(jié)構(gòu)：其中，歧管(manifold)和開口可調(diào)節(jié)閥被附著到陰極側(cè)板的一端，因此，防止了強(qiáng)制流在陰極側(cè)流動(dòng)通道中形成，另外，對(duì)到陰極的送氣量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

然而，根據(jù)JP-A?2007-095581(KOKAI)中公開的方法，存在這樣的問題：當(dāng)冷卻通道的流動(dòng)速率對(duì)于溫度控制受到調(diào)節(jié)時(shí)，到用于發(fā)電的陰極側(cè)流動(dòng)通道的流動(dòng)的流動(dòng)速率也伴隨著調(diào)節(jié)而變化。為了解決此問題，JP-A?2005-216777(KOKAI)和JP-A?H11-67249(KOKAI)公開了這樣的結(jié)構(gòu)：其中，到冷卻通道和陰極的分配借助例如裂縫(slit)等機(jī)械裝置受到調(diào)節(jié)。