[发明专利]燃料电池系统与燃料电池的冷却送气方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2008年3月27日提交的在先日本专利申请No.2008-083426的优先权，其全部内容并入此处作为参考。

技术领域

本发明涉及燃料电池冷却送气方法——其用于冷却燃料电池，以及向燃料电池的空气流动通道供给空气——以及燃料电池系统。

背景技术

由JP-A 2007-095581(KOKAI)、JP-A 2005-216777(KOKAI)、JP-A H11-67249(KOKAI)知道，燃料电池是用于作为电地向外界取出通过燃料与氧化剂之间的化学反应获得的自由能量的变化的系统。燃料主要为氢或基于碳氢化合物的有机化合物，氧化剂主要为氧。为了作为电能地取出由于燃料与氧化剂之间的化学反应得到的自由能量变化，燃料电池包含作为电子导体的两个电极以及作为离子导体的电解质。

根据燃料或电解质的类型，燃料电池被分为几种类型。例如，燃料电池的系统包括直接甲醇燃料电池(DMFC)系统、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)系统、高分子电解质燃料电池(PEFC)系统等。

直接甲醇燃料电池具有这样的结构：电解质被插入作为负电极的阳极以及作为正电极的阴极之间。甲醇(CH₃OH)和水(H₂O)被供给燃料电池的阳极。通常，甲醇和水以二者的混合物的形式供给，例如甲醇的水溶液。另一方面，氧(O₂)被供到燃料电池的阴极侧。

下面的公式(1)的反应发生在燃料电池的阳极侧。

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

下面的公式(2)的反应发生在燃料电池的另一侧，即阴极侧。

3/2O2+6H⁺+6e^-→3H₂O+141.95kJ/mol  (2)

这里，燃料电池的电解质膜具有不传输电子(e^-)、仅传输质子(H⁺)的选择性。因此，必然地，电子不得不通过燃料电池外面的外部电路向着阴极侧行进，且被供给外部电路的电子(e^-)作为电能被取出到外部。

如上所述，燃料电池需要向正侧电极的氧(O₂)的供给，通过使用泵，氧通常被供给正侧电极。

另一方面，在燃料电池中，由于发生公式(1)与(2)的反应时燃料电池的内阻，难以将容纳在燃料中的整个能量转换为电能，且产生了转换损耗。出于这个原因，大输出的燃料电池需要强制散发热量的功能，因此通过冷却风扇来冷却。也就是说，燃料电池既需要向阴极供给氧的送气功能，又需要对燃料电池进行冷却的送气功能，包含送气泵的两个风扇以及冷却风扇被设置在许多燃料电池系统中。还提出了，出于尺寸缩减和简化燃料电池系统的目的，使送气泵和冷却风扇成为一体。

例如，在JP-A 2007-095581(KOKAI)中，公开了具有这样的结构的燃料电池：作为发电部分的燃料电池被堆叠在容器内。在燃料电池中，各个燃料电池由膜电极组件(membrane electrode assembly)、阳极侧板、阴极侧板构成，在容器中提供开口部分，使得气流由设置在容器外部的风扇通过开口部分流入容器，并使气流通过开口部分流出。这里，阴极侧板以这样的方式布置：阴极侧板与气流接触，包含在气流中的氧被供给膜电极组件，以便用于发电。

在JP-A 2007-095581(KOKAI)中，公开了这样的结构：其中，歧管(manifold)和开口可调节阀被附着到阴极侧板的一端，因此，防止了强制流在阴极侧流动通道中形成，另外，对到阴极的送气量进行调节。

然而，根据JP-A 2007-095581(KOKAI)中公开的方法，存在这样的问题：当冷却通道的流动速率对于温度控制受到调节时，到用于发电的阴极侧流动通道的流动的流动速率也伴随着调节而变化。为了解决此问题，JP-A 2005-216777(KOKAI)和JP-A H11-67249(KOKAI)公开了这样的结构：其中，到冷却通道和阴极的分配借助例如裂缝(slit)等机械装置受到调节。