[发明专利]用于燃料电池的流体槽

说明书

技术领域

本发明涉及用于燃料电池的流体槽，更具体而言，涉及用于燃料电池的用作水控制器系统的流体槽，以及包括该流体槽的燃料电池，其中所述流体槽包括槽体，其被构造为双重结构以排出加入到所述槽体中的液相组分的二氧化碳和空气并向燃料电池堆供应加入到所述槽体中的气相组分，所述槽体具有气液分离膜，优选将流体槽构造为其中含有用于向所述燃料电池堆供应燃料的喷射管的结构，所述喷射管包括固定管和与该固定管连接的旋转管。 

背景技术

燃料电池是一种新型发电系统，其将通过燃料(氢或者甲醇)和氧化剂(氧或者空气)之间的电化学反应产生的化学能直接转化为电能。由于高能量效率和低污染物排放，即环境友好特性，燃料电池作为下一代能源已经受到了广泛关注，并且许多对燃料电池的研究已经展开。 

根据所使用的电解质种类，燃料电池可分为磷酸燃料电池、碱性燃料电池、聚合物电解质燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化物燃料电池。其中，聚合物电解质燃料电池可分为使用氢气作为燃料的质子交换膜燃料电池或其中将液相甲醇作为直接燃料供应到阳极的直接甲醇燃料电池。 

由于100℃或更低的低工作温度、利用固体电解质消除了渗漏问题、快速的启动和响应特性以及极好的耐久性，聚合物电解质燃料电池作为便携式电源供应装置、用于交通工具的能源装置或者用于家用的能源装置而 处于人们关注的焦点。特别是，直接甲醇燃料电池具有简单的燃料供应系统，并且与其它燃料电池相比，直接甲醇燃料电池的整体结构不复杂。进而，直接甲醇燃料电池的小型化是可能的。因此，对将直接甲醇燃料电池用作便携式燃料电池的研究正在进行中。 

图1是常规直接甲醇燃料电池系统的典型图示。 

参考图1，燃料电池系统10包括：燃料电池堆20，其具有分别置于由聚合物材料制备的电解质膜的相对两边的空气电极(阴极)和燃料电极(阳极)；第一泵30，用于向所述阴极供应空气，包括氧气，作为燃料；第二泵31，用于向所述阳极供应甲醇溶液作为燃料；流体槽100，其构造为使得从燃料电池堆20中产生的水、二氧化碳和未反应的甲醇经管40和50被加入到流体槽100中，所述二氧化碳经排出管60从流体槽100中排出，而水和未反应的甲醇通过第二泵31重新供应给燃料电池堆20；第三泵32，用于向燃料电池堆20供应新鲜甲醇以用与已消耗甲醇量相当的量给燃料电池堆20补充甲醇；热交换器70；和甲醇储罐80。 

供应给阳极的甲醇溶液被分离成氢离子和电子。所述氢离子经电解质膜迁移到阴极，而所述电子经由外电路(未示出)迁移到阴极，由此从燃料电池堆20中产生电能。此时，从阴极产生水，并从阳极产生二氧化碳和未反应的甲醇。所述水、二氧化碳和未反应的甲醇被引入到流体槽100中。其中，水和未反应的甲醇与经第三泵32从甲醇储罐80中供应的纯甲醇混合以用与已消耗甲醇量相当的量给燃料电池堆20补充甲醇，并将该混合物重新供应给燃料电池堆20。

如上所述，只有当将甲醇溶液从外部连续供应给直接甲醇燃料电池系统，并将二氧化碳连续从直接甲醇燃料电池系统中除去时，才能正常操作直接甲醇燃料电池系统10，这与化学电池不同。因此，向直接甲醇燃料电池系统连续供应甲醇溶液和从直接甲醇燃料电池系统中不断除去二氧化碳的流体槽的功能是非常重要的。 

通常，经其将反应产物从燃料电池堆引入流体槽的管、经其将液相混合溶液从流体槽供应给燃料电池堆的管和经其将气相二氧化碳从流体槽中排出的管的位置在流体槽中是固定的。因此，当流体槽倾斜、震动或翻转时，燃料就可能不能顺利地从流体槽中供应给燃料电池堆，并且二氧化碳可能不能从流体槽中排出。 

另一方面，被引入流体槽中的未反应甲醇的大多数以液相存在。但是，未反应的甲醇可能被蒸发从而未反应的甲醇可能以气相存在。将所述气相未反应甲醇与二氧化碳一起排放出去是有很大可能的。因此，通过适当收集未反应的甲醇以防止未反应的甲醇从流体槽中的排放是非常重要的。 

因此，非常需要一种流体槽，其即使当流体槽倾斜或翻转时也能够有效地收集从燃料电池排出的未反应的甲醇溶液并排出二氧化碳和向燃料电池堆供应燃料混合物。 

发明内容

技术问题 

因此，本发明的目的是解决上述问题以及还有待于解决的其它技术问题。

具体而言，本发明的一个目的是提供一种流体槽，其即使当流体槽倾斜或翻转时也能够抑制未反应的甲醇气体从燃料电池向外部的排出，有效地重新利用从所收集的甲醇气体所获得的甲醇溶液，并正常排出二氧化碳。 

本发明的另一目的是提供包括所述流体槽的燃料电池。