專利名稱：燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)，尤其涉及燃料電池系統(tǒng)的燃料供應(yīng)單元。
背景技術(shù)：
通常，燃料電池是通過空氣中包含的氧和烴族材料例如甲醇和天然氣中包含的氫之間進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)。
作為常用的燃料電池，可以例舉出磷酸鹽燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池等等。最近，作為高效燃料電池，已經(jīng)研發(fā)了聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)。
聚合物電解質(zhì)薄膜燃料電池相對于其它燃料電池來說具有優(yōu)異的輸出特性、低工作溫度以及快速啟動和響應(yīng)的特性，并且使用通過重整甲醇、天然氣等獲得的氫。因此，PEMFC應(yīng)用廣泛，例如交通工具使用的移動電源、家庭或建筑物使用的分布式電源以及電子設(shè)備使用的小型電源等等。
前述PEMFC主要包括稱為電池堆的燃料電池主體(此后，為了方便稱為電池堆)、燃料罐以及從燃料罐向電池堆供應(yīng)燃料的燃料泵等，組成系統(tǒng)。當(dāng)使用甲醇作為燃料時，這種燃料電池還包括重整甲醇從而產(chǎn)生氫的重整裝置。
相比之下，電池堆包括膜電極組件(此后，為了方便稱為MEA)，該膜電極組件具有電極(陽極和陰極)和與電極一體形成的電解質(zhì)薄膜，以及用于在電池堆疊多個MEA時將MEA彼此電連接的隔板(或者雙極板)。
這里，隔板由于其功能特性需要有較強(qiáng)的防腐蝕性。這是因?yàn)?，在燃料電池系統(tǒng)工作時，通過電池堆中的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生水，使得氣體通道堵塞或者其表面由于水而腐蝕，導(dǎo)致效率降低。
為了防止在傳統(tǒng)燃料電池系統(tǒng)中的隔板性能下降，研究了一種蒸發(fā)電池堆中產(chǎn)生的水的方法。
但是，該研究對于在大約600到1000℃的高溫下工作的固體氧化物燃料電池(SOFC)有效，然而對于在大約60到100℃或者從室溫到45℃的相對較低的溫度下工作的PEMFC或者DMFC無效。
結(jié)果，在被提議的燃料電池系統(tǒng)中，無法可靠地防止隔板由于電池堆中產(chǎn)生的水而受到損壞。

發(fā)明內(nèi)容
設(shè)計本發(fā)明解決上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，可預(yù)先防止電池堆的元件由于電池堆中產(chǎn)生的水而受到損壞。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料罐，使用向其提供的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的電池堆，以及在保持電池堆壓力低于大氣壓力的同時從燃料罐向電池堆提供燃料的減壓單元。
該減壓單元可以設(shè)置成真空泵。
根據(jù)本發(fā)明另一個方面，還提供了一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料罐，使用向其提供的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的電池堆，以及與電池堆相連并從燃料罐向電池堆提供燃料的真空泵。此時，電池堆設(shè)置在燃料罐和真空泵之間。
在該燃料電池系統(tǒng)中，重整從燃料罐提供的燃料從而產(chǎn)生包含氫的氣體的重整裝置可以設(shè)置在燃料罐和電池堆之間，并且與燃料罐和電池堆相連。
此外，在該燃料電池系統(tǒng)中，恒壓調(diào)節(jié)閥可以設(shè)置在電池堆和燃料罐之間，并且與電池堆和燃料罐相連。當(dāng)燃料電池系統(tǒng)包括重整裝置時，恒壓調(diào)節(jié)閥可以設(shè)置在重整裝置和燃料罐之間，并且與重整裝置和燃料罐相連。
根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)可以采用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)模式或者直接甲醇燃料電池(DMFC)模式。


通過參考附圖對其示范性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其它特性和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見，其中圖1為解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的示意圖；圖2為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中電池堆壓力和效率之間的關(guān)系曲線圖；和圖3為簡要解釋根據(jù)本發(fā)明另一個實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
在下文中，將參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很容易地實(shí)施該實(shí)施方式。但是，由于本發(fā)明可以體現(xiàn)為各種形式，所以本發(fā)明不局限于下面描述的實(shí)施例。
圖1為解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖1所示的燃料電池系統(tǒng)采用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)模式。但是，本發(fā)明還可以應(yīng)用于采用除了PEMFC模式之外的其它模式的燃料電池系統(tǒng)。因此，在以下的說明中解釋的PEMFC系統(tǒng)是要解釋本發(fā)明，而本發(fā)明不限于此。
如圖1所示，PEMFC系統(tǒng)主要包括用于使用向其提供的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的燃料電池，即，電池堆20。電池堆20可以具有傳統(tǒng)的PEMFC系統(tǒng)模式，省略對其的說明。
重整從燃料罐22提供的燃料例如甲醇從而產(chǎn)生氫氣的重整裝置24與電池堆20相連。這時，恒壓調(diào)節(jié)閥26可以設(shè)置在重整裝置24和燃料罐22之間，并且以恒壓從燃料罐22向重整裝置24提供燃料。
而且，產(chǎn)生泵送能力從而最終提供燃料罐22中儲存的燃料給電池堆20的真空泵28與電池堆20相連。
這時，與傳統(tǒng)的燃料電池系統(tǒng)不同，真空泵28不與燃料罐22相連。在真空泵28事先與燃料罐22相連的狀態(tài)下，真空泵28與電池堆20相連。
真空泵28使用通過其泵送能力將燃料罐22中的燃料抽吸到電池堆20的方法向電池堆20提供燃料，其中真空泵28處于電池堆20前面。這時，在穿過重整裝置24時，燃料轉(zhuǎn)化為氫氣，氫氣提供給電池堆20。
在上述PEMFC系統(tǒng)中，提供給電池堆20的氫氣和空氣中包含的氧彼此發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能。
在PEMFC系統(tǒng)中，電池堆20的一側(cè)，即向其提供氫氣的一側(cè)保持接近大氣壓力的壓力。電池堆20的另一側(cè)，即連接真空泵的一側(cè)保持低于大氣壓力的壓力。這是由于真空泵28通過前述位置處的泵送能力從燃料罐22向電池堆20提供發(fā)電所需的氫氣。
結(jié)果，在其中氫氣和氧彼此化學(xué)反應(yīng)的電池堆20的內(nèi)部基本上保持低于大氣壓力的壓力(例如，大約0.9到0.4atm)，而且在低于大氣壓力的壓力下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
由于在前述確實(shí)低于大氣壓力的壓力下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，所以雖然電池堆20內(nèi)部保持在低于水的沸點(diǎn)的溫度下，但是通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水也可以沸騰和蒸發(fā)。
特別地，在前述PEMFC系統(tǒng)中，真空泵28用作減壓單元，使電池堆20的壓力降低到低于大氣壓的壓力。因此，在電池堆20中產(chǎn)生的水在低于沸點(diǎn)的溫度下沸騰和蒸發(fā)。
圖2為示出電池堆的壓力和水蒸發(fā)效率之間關(guān)系的曲線圖，該曲線圖是通過發(fā)明人進(jìn)行的幾個實(shí)驗(yàn)得到的。從圖2中可以看出，當(dāng)電池堆20中的氣氛保持在大約0.9到0.4atm時，蒸發(fā)優(yōu)選地以極好的效率進(jìn)行。
相反，如上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用于如圖3所示的系統(tǒng)，而不僅僅是前述PEMFC系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明可以應(yīng)用于其中在電池堆40和燃料罐42之間不提供重整裝置的DMFC系統(tǒng)。在DMFC系統(tǒng)中，真空泵44與電池堆40相連，從而在保持電池堆40的壓力低于大氣壓力的同時從燃料罐42向電池堆40直接提供液體甲醇燃料。結(jié)果，從電池堆中產(chǎn)生電能，并且作為副產(chǎn)物的水在低溫下沸騰和蒸發(fā)。
在圖3中，附圖標(biāo)記(reference numeral)46表示設(shè)置在電池堆40和燃料罐42之間的恒壓調(diào)節(jié)閥。
在根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，電池堆中產(chǎn)生的水在低溫下蒸發(fā)，結(jié)果水不會保留在電池堆中。因此，有可能預(yù)先防止電池堆的組成元件例如隔板由于水以及不正常工作而被損壞。
因此，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)由于電池堆的平穩(wěn)運(yùn)行可以具有極好的效率和耐用性，因此提高燃料電池系統(tǒng)的整體功能。
盡管已經(jīng)說明了本發(fā)明的示范性實(shí)施例，但是本發(fā)明不局限于上述示范性實(shí)施例，而是可以以各種形式進(jìn)行調(diào)整，而不脫離本發(fā)明附加的權(quán)利要求，詳細(xì)說明以及附圖的范圍。因此，很自然，這些調(diào)整屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料罐；利用向其提供的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的電池堆；及從燃料罐向電池堆提供燃料同時保持電池堆的壓力低于大氣壓力的減壓單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中該減壓單元以真空泵的形式提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述燃料罐與電池堆之間布置與燃料罐和電池堆相連的重整裝置，重整由燃料罐提供的燃料，以產(chǎn)生包含氫的氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述電池堆與燃料罐之間布置與該電池堆和燃料罐相連的恒壓調(diào)節(jié)閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述重整裝置與燃料罐之間布置與該重整裝置和燃料罐相連的恒壓調(diào)節(jié)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中采用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)模式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其中采用直接甲醇燃料電池(DMFC)模式。
8.一種燃料電池系統(tǒng)，包括燃料罐；使用向其提供的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的電池堆；及與電池堆相連并從燃料罐向電池堆提供燃料的真空泵，其中該電池堆布置在真空泵與燃料罐之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述燃料罐與電池堆之間布置與燃料罐和電池堆相連的重整裝置，重整由燃料罐提供的燃料，以產(chǎn)生包含氫的氣體。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述電池堆與燃料罐之間布置與該電池堆和燃料罐相連的恒壓調(diào)節(jié)閥。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的燃料電池系統(tǒng)，其中在所述重整裝置與燃料罐之間布置與該重整裝置和燃料罐相連的恒壓調(diào)節(jié)閥。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料電池系統(tǒng)，其中采用聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)模式。
13.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料電池系統(tǒng)，其中采用直接甲醇燃料電池(DMFC)模式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種燃料電池系統(tǒng)，其包括燃料罐，利用向其提供的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能的電池堆，及從燃料罐向電池堆提供燃料同時又保持電池堆壓力低于大氣壓力的減壓單元。
文檔編號H01M8/10GK1649197SQ200510054208
公開日2005年8月3日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月28日
發(fā)明者李東勛, 權(quán)鎬真, 安圣鎮(zhèn) 申請人:三星Sdi株式會社