[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明关于一种燃料电池，特别是关于一种温场均布的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池(Fuel Cell)一种将燃料(如氢气、甲醇等)及氧气经由电化学反应而产生电能的发电装置。其常见的种类一般区分为质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell，或称Polymer Electrolyte MembraneFuel Cell，缩写为PEMFC，亦称为PEM)或直接甲醇燃料电池(Direct MethanolFuel Cell，缩写为DMFC)。

直接甲醇燃料电池的膜电极组件(Membrane Electrode Assemble，缩写为MEA)包括阳极表面及阴极表面，其阴极燃料为氧气。氧气的供应可为纯氧气或利用空气中的氧气，由导风装置(如泵浦或风扇)导入空气至该阴极表面，导风装置除了能供应燃料电池反应所需的氧气之外，亦能同时将燃料电池反应时所产生的热能带出。

请参阅图1及图2所示，常规平面堆叠型燃料电池组100包括壳体1、导风装置2以及多个燃料电池模块3。其中，壳体1包括出气口区11及进气口区12，两者分别开设在壳体1的相对的侧壁上。

导风装置2(例如轴流风扇)配置于出气口区11。各个燃料电池模块3呈平板结构型态，相邻的燃料电池模块3之间具有预定间隔。每一个燃料电池模块3包括多个沿延伸方向I间隔排列的膜电极组件31a、31b、31c，各个膜电极组件31a、31b、31c由框体33予以定位。各个膜电极组件31a、31b、31c的阴极表面32暴露于该壳体1的容置空间13。延伸方向I平行于导风装置2的转轴的方向。

当导风装置2运转时，导入气流AI经由进气口区12沿延伸方向I导入至壳体1的容置空间13，然后导入气流AI顺序地流经各个膜电极组件31a、31b、31c的阴极表面32，再由出气口区11导出一导出气流AO。

对燃料电池而言，膜电极组件反应的温度越高，其发电的效能越高，但若在同一燃料电池系统中，各个膜电极组件彼此温差过大，造成温场不均一的状况时，除影响到操作效能之外，亦影响到膜电极组件的寿命。然而，常规平面堆叠型燃料电池组100将导风装置2装设于壳体1的两相对侧壁，使得导入气流AI沿膜电极组件31a、31b、31c间隔排列的延伸方向I流动，单向的导入气流AI流经每一膜电极组件的阴极表面后，其上游(即邻近进气口区12)热量累积至下游(即邻近出气口区11)，而使得下游的空气温度越高，使位于下游的膜电极组件31b、31c温度亦累积越高，故造成各个膜电极组件的温场不一，致使各个膜电极组件的发电量不同，且单位面积的发电密度亦为不同，此一状况对于燃料电池的电性特性及发电效能均为不利。且也会造成各个膜电极组件的寿命不同。

再者，燃料电池组由各膜电极组件的阳极燃料(例如：甲醇)与膜电极组件表面的催化剂反应解离产生氢离子与电子，而阳极反应生成的氢离子与电子在阴极与空气中的氧气反应生成水，使壳体10的出气口区11的导风装置2所产生的气流再将阴极的水带走。若各个膜电极组件产生反应的温场不均一，风流越下游则空气所含的水气越多，其阴极生成物越接近饱和越不易排出，造成“水满溢”(Flooding)的问题，而降低膜电极组件的寿命。

再就常规平面堆叠型燃料电池组的流阻过高，故风扇需维持在较高的转速下运转，如此增加了系统的用电负荷，且风扇在高速及高负荷运转状况下，将产生更大的噪音。

发明内容

本发明的目的是提供一种燃料电池系统，以解决已知的问题。

为达到上述目的，本发明一实施例的燃料电池系统包括至少一燃料电池组，燃料电池组包括壳体、燃料电池膜组及导风装置，壳体具有容置空间、出气口区及至少两个进气口区，出气口区设置于壳体的第一板，燃料电池模块设置于容置空间中并包括有多个膜电极组件，各个膜电极组件沿壳体的第一侧板至第二侧板间隔排列在壳体的容置空间的一平面上，每一膜电极组件对应一进气口区，而导风装置设置在壳体上并用以产生气流，气流由壳体的进气口区导入至壳体的容置空间后，通过燃料电池模块的各个膜电极组件的阴极表面，再经由壳体的出气口区导出。

附图说明

图1是常规平面堆叠型燃料电池系统的侧视图；

图2是图1常规平面堆叠型燃料电池系统的俯视图；

图3是本发明燃料电池系统的第一实施例立体图；

图4是本发明第一实施例燃料电池系统的立体分解图；

图5是本发明第一实施例燃料电池系统的俯视图；

图6是本发明第一实施例燃料电池系统的气流分布图；