[发明专利]具有集成处理器的模块式直接燃料电池系统

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求对于2006年9月8日提交欧洲知识产权局的欧洲专利申请No.06 120 362.6和2007年8月30日提交韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2007-0087919的优先权和权益，上述专利申请的全部内容通过引用并入于此。

技术领域

本发明涉及一种具有集成处理器的模块式直接燃料电池系统。

背景技术

燃料电池通过由外部燃料供给的氢气与氧气之间的电化学反应发电。燃料电池中所使用的典型反应物为阳极一侧的氢气和阴极一侧的氧气。由于燃料电池仅有的副产品为水蒸汽，因此，这类燃料电池由于其高效且使用中基本无排放而被视为优选。

燃料电池通常根据其使用的电解液的类型进行划分。一些燃料电池可用于固定发电设施，而其他燃料电池可用于小型移动装置或用于电动汽车。

直接甲醇燃料电池(DMFC)依靠在催化剂层上的甲醇氧化来形成二氧化碳。DMFC在阳极上消耗水，而在阴极上生成水。质子H⁺穿过质子交换膜而传送到阴极，在阴极处，质子与氧气反应生成水。电子从阳极经外部电路传送到阴极，从而将功率供给到外部装置。DMFC不使用重整器从燃料中提取氢气，从而允许DMFC具有紧凑的设计，例如适用于移动电话中。

更具体地，DMFC包括阳极、阴极、和在阳极与阴极之间的电解液膜。甲醇水溶液用作燃料。燃料供给源连接到DMFC以将燃料供给到阳极，而空气供给源将空气供给到阴极。热交换器连接到阴极排放流，从而冷却排放流，从排放流中冷凝水，并将冷凝的水排放以备与燃料混合。冷凝水被再循环至燃料供给源以备再次使用。不必将燃料与水预混合，从而允许减小DMFC的尺寸。

DMFC系统的功能在于，从由所述堆的燃料出口排放的包含甲醇、水和CO₂的混合物在内的流中分离出CO₂。为了使DMFC正常工作，CO₂必须在所述流再循环回到所述堆之前从所述流中分离。美国专利6,110,613和美国专利出版物20040062964中已经公开了这类DMFC系统。后者进行了如下公开：在DMFC系统的热交换器中对水进行冷凝，从而从DMFC系统的排放流中分离出水，将该水再循环，并将该水与燃料混合。

在所述堆的燃料出口的下游安装CO₂/燃料分离器。用于燃料混合物的阳极循环(包括CO₂/燃料分离器)从反应流中去除CO₂并通过排放出口将CO₂排放至大气中。在燃料混合器中，去除CO₂的燃料混合物流与接收自燃料箱的浓缩燃料混合。燃料泵将燃料混合物馈送回所述堆的燃料入口。

通常，DMFC系统在不同部件之间具有众多流体连接，而这些流体连接导致DMFC系统制造上的困难。更具体地，由于各部件的复杂几何形状，会导致众多流体连接的组装难以实现自动化。此外，流体连接的渗漏和混用会导致DMFC系统的质量下降。进一步，众多的模块式部件会使传统的DMFC系统的流体连接数量增大。

发明内容

一种模块式直接甲醇燃料电池(DMFC)系统包括：壳体，所述壳体具有用于将燃料从燃料箱供给到燃料电池堆的泵、用于电控制所述模块式直接甲醇燃料电池系统的系统控制器。集成处理器包含在所述壳体中，该集成控制器集成了水冷凝器和气体/液体流分离器。在所述燃料电池堆与所述集成处理器之间设置第一流体连接单元，用于将从所述燃料电池堆排出的空气和燃料馈送到所述集成处理器。在所述燃料电池堆与所述集成处理器之间设置第二流体连接单元，用于将燃料混合物从所述集成处理器馈送到所述燃料电池堆。所述直接甲醇燃料电池系统还包括第三流体连接单元，用于将纯燃料从所述燃料箱馈送到所述集成处理器。

所述集成处理器可包括：连接所述水冷凝器与所述气体/液体流分离器的连接器；和第一集成流体连接单元，其用于在所述水冷凝器与所述气体/液体流分离器之间提供流体连通。其中所述系统控制器适于接收至少来自集成处理器传感器和/或燃料电池堆传感器的输入信号，并适于输出用于控制所述模块式直接甲醇燃料电池系统的输出信号。

所述第一流体连接单元可包括相互分离的第一流体连接器和第二流体连接器，第三流体连接单元可包括通过燃料泵将来自燃料箱的燃料引入所述集成处理器的第三流体连接器和第四流体连接器。