[发明专利]湿气交换器和燃料电池堆

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统通常包括燃料电池堆，燃料电池堆利用燃料(碳氢基燃料、纯氢、或富氢重整气体)和氧化剂(空气或纯氧)的电化学反应来产生电能。直接氧化型燃料电池使用液体或气体碳氢基燃料，聚合物电解质型燃料电池使用纯氢或富氢重整气体(reformed gas rich in hydrogen)。

燃料电池堆包括多个膜电极组件(MEA)和位于每个相邻MEA之间的隔板(separator)。

MEA包括电解质膜、形成在电解质膜一侧的阳极以及形成在电解质膜另一侧的阴极。隔板在面对阳极的一侧形成燃料通道以供应燃料到阳极，在面对阴极的一侧形成氧化剂通道以供应氧化剂到阴极。

大的家用燃料电池系统配备有用于燃料增湿的增湿器件和用于氧化剂增湿的增湿器件以控制供应到燃料电池堆的燃料或氧化剂的湿度。然而，在此情形下，水应当持续地供应到增湿器件并且需要加热器和各种传感器用于温度控制，从而增加了燃料电池系统的体积和需要的部件数。

用于交通工具的移动燃料电池系统可包括重整器作为氢产生器件。在此情形下，大量湿气被包括在燃料中从而需要湿气控制器件以持续去除恒定量的水，还需要冷却器件和各种传感器以用于湿气控制，从而燃料电池系统的体积增加并且部件数也增加。

本背景技术部分公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此它可以包含不形成该国本领域技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的实施例提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统通过不需要额外的器件(诸如增湿器件或湿气控制器件)能供应包含湿气的氧化剂到燃料电池堆而具有简化的构造，还最小化了体积扩张和部件数。

在一实施例中，提供一种湿气交换器，该湿气交换器包括：第一板、第三板、以及在第一板与第三板之间的第二板；第一湿气交换层，在第一板与第二板之间，形成在第一板与第一湿气交换层之间的第二区域(第一流动路径)以用于接收和输出第一燃料(排放燃料)；以及第二湿气交换层，在第二板和第三板之间，形成在第三板与第二湿气交换层之间的第三区域(第四流动路径)以用于接收和输出第二氧化剂(排放氧化剂)，其中用于接收和输出第一氧化剂(供应氧化剂)的第一区域(第二和第三流动路径)在第一湿气交换层与第二湿气交换层之间。

在一实施例中，第一燃料包括经过燃料电池堆的电发生器的燃料，第二氧化剂包括经过电发生器的氧化剂，第一氧化剂包括由氧化剂供应器供应的氧化剂。此外，第一湿气交换层配置来从第一燃料吸收湿气并将来自第一燃料的湿气供应到第一氧化剂，第二湿气交换层配置来从第二氧化剂吸收湿气并将来自第二氧化剂的湿气供应到第一氧化剂。

在一实施例中，第一、第二和第三区域中的至少一个具有位于其上的多个突起，这样的突起可以是矩形形状的并可以布置成矩阵。此外，第一和第二湿气交换层中的至少一个可以包括磺化四氟乙烯共聚物或具有微孔的多孔膜。

在一实施例中，第一区域包括在第一湿气交换层和第二板之间的流动路径以及在第二湿气交换层和第二板之间的另一流动路径，其中第二板具有连接流动路径的开口。另外，第一板可以具有用于接收第一氧化剂的开口(第一氧化剂开口)，第三板可以具有用于将第一氧化剂供应到燃料电池堆的电产生器的开口(第一氧化剂开口)。此外，第二板可以具有第一槽(第一氧化剂槽)和第二槽(第二氧化剂槽)，该第一槽在面对第一湿气交换层的第一侧在对应于开口的位置，该第二槽在面对第二湿气交换层的第二侧在对应于开口的位置。

在一实施例中，第一湿气交换层和第二湿气交换层中的每个具有与所述开口以及第一和第二槽对准的开口。此外，第一板可以具有在基本彼此对角的各自角部的槽和燃料开口(第三燃料开口)，其中第二区域配置来在槽处接收第一燃料并通过燃料开口输出第一燃料。在一实施例中，第一湿气交换层、第二板、第二湿气交换层和第三板每个具有与所述槽对准的开口。

在一实施例中，第一、第二和第三板以及第一和第二湿气交换层每个具有彼此对准的开口，用于使从燃料供应器接收的第二燃料经过。

在一实施例中，提供一种燃料电池堆，该燃料电池堆包括：第一端板；邻近第一端板的湿气交换器，用于接收燃料(排放燃料)、第一氧化剂(供应氧化剂)和第二氧化剂(排放氧化剂)，并将来自燃料和第二氧化剂的湿气传输到第一氧化剂；第二端板；以及电产生器，在第二端板与湿气交换器之间以用于接收已在湿气交换器中被湿润的第一氧化剂。

在实施例中，湿气交换器在电产生器与第一端板之间，或者第一端板在电产生器与湿气交换器之间。