專利名稱：半被動型燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半被動型燃料電池系統(tǒng)，更具體地，涉及一種使空氣均勻地供給在燃料電池堆的雙極板中形成的空氣通道的半被動型燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，燃料電池是一種發(fā)電系統(tǒng)，其將包含在諸如甲醇、乙醇、天然氣等烴類燃料中的氫與氧化劑反應(yīng)所產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)能直接轉(zhuǎn)變成電能。
燃料電池系統(tǒng)可以大體上分成聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(以下簡稱為“PEMFC”)系統(tǒng)以及直接甲醇燃料電池(以下簡稱為“DMFC”)系統(tǒng)。
一般來說，PEMFC系統(tǒng)包括用于通過氫與氧之間的反應(yīng)產(chǎn)生電能的電池堆以及通過對燃料進行重整而產(chǎn)生氫的重整器。雖然PEMFC系統(tǒng)具有大的能量密度和高的能量輸出，但氫氣必須小心進行處理，并且該PEMFC需要配備額外的諸如重整器等設(shè)備，以對諸如甲醇、乙醇以及天然氣等燃料進行重整，從而產(chǎn)生作為燃料氣體的氫。
在該DMFC系統(tǒng)中，作為燃料的甲醇以及作為氧化劑的氧直接被供給到電池堆，通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。該DMFC系統(tǒng)具有高能量密度及高功率密度。同時，由于直接應(yīng)用諸如甲醇等液體燃料，因而不需要重整器等額外的設(shè)備，且易于儲存和供給燃料。
在該DMFC系統(tǒng)中，空氣通過使用諸如空氣壓縮機、空氣泵等空氣供給設(shè)備被強行供給電池堆。由于該DMFC系統(tǒng)可以隨身攜帶，因而，人們正在考慮將其應(yīng)用于筆記本電腦、手機等便攜式終端設(shè)備。但是，在該DMFC系統(tǒng)中采用的空氣供給設(shè)備會產(chǎn)生較高水平的噪音，從而可能會給用戶帶來不便?？紤]到這一問題，該DMFC系統(tǒng)已被開發(fā)成通過自然對流向電池堆供給空氣的被動型DMFC系統(tǒng)或者通過鼓風(fēng)機等鼓風(fēng)裝置向電池堆供給空氣的半被動型DMFC系統(tǒng)。
在被動型DMFC系統(tǒng)中，由于空氣通過自然對流而供給，空氣不能充足地供給到各陰極。因此，在該被動型DMFC系統(tǒng)中，單元電池不是堆積的，而是排列在一個平面上，從而電池堆所占的面積會增加。
另一方面，在半被動型DMFC系統(tǒng)中，由于采用了諸如鼓風(fēng)機等鼓風(fēng)裝置，與被動型DMFC系統(tǒng)相比，其供給的空氣量有所增加。因而，在該半被動型DMFC系統(tǒng)中，可以將單元電池堆積形成電池堆。關(guān)于該情況，日本特開2001-6717公開了一種具有包括燃料電極以及氧化劑電極的一對電極的燃料電池體。如圖39所示，為了補充燃料電池體1的氧化劑電極在電極反應(yīng)中消耗的氧，在氧化劑氣體入口配備了用于供給氧化劑氣體的鼓風(fēng)裝置5，并且在氧化劑電極中形成的氧化劑氣體通道的截面積從氧化劑氣體入口向氧化劑氣體出口逐漸減小。
盡管如此，該半被動型DMFC系統(tǒng)依然存在一些缺陷，雖然使用了鼓風(fēng)機，但是難以向在電池堆的雙極板中形成的空氣通道均一地供給空氣。并且，由于空氣通道位置所產(chǎn)生的空氣流動阻力的差異，供給到各空氣通道的氣體量也就不同。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供一種半被動型燃料電池系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中形成將鼓風(fēng)裝置與電池堆的上端相連接的管道，從而通過在電池堆的雙極板中形成的空氣通道可以均一地供給空氣。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種半被動型燃料電池系統(tǒng)。所述半被動型燃料電池系統(tǒng)包括電池堆，在該電池堆中多個單元電池彼此橫向堆積。每個單元電池包括膜電極組件以及位于該膜電極組件兩側(cè)的雙極板。所述膜電極組件具有電解質(zhì)膜、陰極以及陽極。陰極位于電解質(zhì)膜的一側(cè)，陽極位于電解質(zhì)膜的另一側(cè)。該半被動型燃料電池系統(tǒng)進一步包括供給燃料的裝置以及供給空氣的裝置。每塊雙極板具有空氣通道，該空氣通道形成于朝向陰極的表面上，并從雙極板的上端向雙極板的下端延伸。所述供給空氣的裝置包括分別安裝在電池堆的上端和下端的管道以及通過該管道鼓入空氣的鼓風(fēng)裝置。雙極板中每個空氣通道可以是從電極堆的上端向其下端延伸的直線形狀。在一個實施方式中，所述管道包括安裝在電池堆上端的第一管道以及安裝在電池堆下端的第二管道。安裝鼓風(fēng)裝置以從第一個管道第一部分供給空氣。所述第一管道包括安裝有鼓風(fēng)裝置的第一管道第一部分以及覆蓋了電池堆的整個上端的第一管道第二部分。在所述鼓風(fēng)裝置的正上方穿過第一管道第一部分的上壁形成有吸氣口。穿過第一管道第二部分的下壁形成有向電池堆供給空氣的供氣口，其具有與電池堆的上端面積相當(dāng)?shù)拿娣e。而且，第一管道第二部分的上壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而上壁的高度從靠近所述鼓風(fēng)裝置的一端向上壁的另一端逐漸降低。另外，設(shè)置所述第一管道第一部分，使其具有與所述鼓風(fēng)裝置的高度實質(zhì)上相當(dāng)?shù)母叨?。安裝鼓風(fēng)裝置，使得其通過吸氣口吸入空氣，然后將吸入的空氣供給第一管道第二部分。另外，穿過第二管道的上壁形成有用于接收通過電池堆的空氣的空氣接收口，其具有與該電池堆的下端面積相當(dāng)?shù)拿娣e。穿過第二管道的另一端形成有用于將空氣排出體系外的排氣口。第二管道的下壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而該下壁的高度從第二管道的一端向另一端逐漸增加。另外，該第二管道的下壁以與第一管道的上壁同樣的傾斜角傾斜。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述鼓風(fēng)裝置是鼓風(fēng)機或者風(fēng)扇。
另外，根據(jù)本發(fā)明，形成雙極板的空氣通道，使得在雙極板的一部分形成的空氣通道的截面積不同于在該雙極板的另一部分形成的空氣通道的截面積。
更進一步地，根據(jù)本發(fā)明，形成雙極板的空氣通道，使得在臨近鼓風(fēng)裝置的雙極板的一部分形成的空氣通道的截面積大于在該雙極板的另一部分形成的空氣通道的截面積。形成雙極板的空氣通道，使得空氣通道的截面積從該雙極板的一部分向另一部分逐漸減小。
更進一步地，根據(jù)本發(fā)明，所述空氣供給裝置進一步包括形成在電池堆上端的、覆蓋包括形成有所述空氣通道的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域的空氣調(diào)節(jié)層。所述空氣調(diào)節(jié)層連接于該第一管道而占據(jù)著整個供氣口。
此外，根據(jù)本發(fā)明，該空氣調(diào)節(jié)層由空氣可以通過的多孔材料構(gòu)成。該空氣調(diào)節(jié)層由具有微孔的多孔材料制成，該微孔的截面積小于所述空氣通道的截面積。
此外，根據(jù)本發(fā)明，該空氣調(diào)節(jié)層可以由聚四氟乙烯(PTFE)、硅樹脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一種或多種形成為氣-液分離層，但并不限于這些材料，或者由諸如Kimwipes_擦拭布等擦拭材料或諸如Gore-Tex_材料等透氣材料形成。其中，Kimwipes_是Kimberly-Clark公司的注冊商標，Gore-Tex_是W.L.Gore&Associates的注冊商標。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述空氣調(diào)節(jié)層包括由可以通過空氣的金屬濾網(wǎng)或者多孔金屬發(fā)泡體形成的第一金屬網(wǎng)。形成該第一金屬網(wǎng)，使得其開口尺寸小于空氣通道的開口尺寸。另外，該第一金屬網(wǎng)進一步包括形成于該第一金屬網(wǎng)的一整個表面上的氣-液分離層。該氣-液分離層可以由聚四氟乙烯(PTFE)、硅樹脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一種或多種形成，但并不限于這些材料。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述空氣調(diào)節(jié)層進一步包括形成在電池堆下端的第二金屬網(wǎng)，以覆蓋包括形成有所述空氣通道的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域。該第二金屬網(wǎng)由可以通過空氣的金屬濾網(wǎng)或者多孔金屬發(fā)泡體形成。更進一步地，該第二金屬網(wǎng)進一步包括形成于該第二金屬網(wǎng)的一整個表面上的氣-液分離層。該氣-液分離層可以由聚四氟乙烯(PTFE)、硅樹脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一種或多種形成，但并不限于這些材料。
另外，根據(jù)本發(fā)明，熱導(dǎo)管與第一及第二金屬網(wǎng)相連接。此外，該熱導(dǎo)管包括在所述第一金屬網(wǎng)的橫向以預(yù)定間隔彼此分隔開的多個棒、桿或板。另外，該熱導(dǎo)管呈單板形狀，其寬度與第一金屬網(wǎng)寬度相當(dāng)，并具有預(yù)定厚度。此外，該熱導(dǎo)管由銅或者鋁金屬制成。在該熱導(dǎo)管與所述電池堆之間形成有電絕緣層。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述空氣供給裝置進一步包括空氣調(diào)節(jié)裝置，其在與鼓風(fēng)裝置分開預(yù)定距離的位置形成于第一管道的內(nèi)表面上，在第一管道的橫向延伸，并向下突出預(yù)定長度。該空氣調(diào)節(jié)裝置形成于第一管道第二部分的縱向的中間部分。此外，該空氣調(diào)節(jié)裝置與第一管道一體地形成，該第一管道的上壁向內(nèi)突出。另外，分隔塊與第一管道第二部分的上壁內(nèi)表面相連，由此形成該空氣調(diào)節(jié)裝置。更進一步地，該空氣調(diào)節(jié)裝置的截面形狀呈半圓形或三角形。此外，形成所述空氣調(diào)節(jié)裝置，使得與空氣直接接觸的空氣調(diào)節(jié)裝置的前表面相對于氣流方向呈鈍角或者具有拱形輪廓。另外，該空氣調(diào)節(jié)裝置在其安裝位置處具有相當(dāng)于第一管道的內(nèi)部空間高度的30％-70％的突出長度。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述燃料電池系統(tǒng)包括直接甲醇燃料電池系統(tǒng)或者聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)。
更進一步地，根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種半被動型燃料電池系統(tǒng)。所述半被動型燃料電池系統(tǒng)包括電池堆，該電池堆中多個單元電池彼此橫向堆積。每個單元電池包括膜電極組件以及位于該膜電極組件兩側(cè)的雙極板。所述膜電極組件包括電解質(zhì)膜、陰極以及陽極。陰極位于電解質(zhì)膜的一側(cè)，陽極位于電解質(zhì)膜的另一側(cè)。該半被動型燃料電池系統(tǒng)進一步包括供給燃料的裝置以及供給空氣的裝置。每塊雙極板都具有空氣通道，該空氣通道形成于朝向陰極的表面上，并從雙極板的上端向其下端延伸。所述供給空氣的裝置包括分別安裝在電池堆的上端和下端的管道，安裝在一個管道的第一部分而通過管道供給空氣的鼓風(fēng)裝置，以及在一個管道中設(shè)置于該鼓風(fēng)裝置和該電池堆的上端之間的過濾器。另外，雙極板中每個空氣通道可以是從電池堆的上端延伸到其下端的直線形狀。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述管道包括安裝在該電池堆上端的第一管道以及安裝在該電池堆下端的第二管道；并且，安裝所述鼓風(fēng)裝置以從第一管道第一部分向第一管道第二部分供給空氣。該第一管道第一部分包括所述鼓風(fēng)裝置，該第一管道第二部分覆蓋了電池堆的整個上端。在所述鼓風(fēng)裝置的正上方穿過第一管道第一部分的上壁形成有吸氣口。穿過第一管道第二部分的下壁形成有向電池堆供給空氣的供氣口，其具有與電池堆的上端面積相當(dāng)?shù)拿娣e。而且，第一管道第二部分的上壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而上壁的高度從靠近所述鼓風(fēng)裝置的一端向上壁的另一端逐漸降低。
另外，根據(jù)本發(fā)明，所述過濾器具有與第一管道內(nèi)部的橫截面積相當(dāng)?shù)拿娣e，其被安裝在垂直于氣流的方向上。該過濾器安裝在與電池堆的一端相對應(yīng)的位置。此外，該過濾器由可以通過空氣的多孔材料形成。另外，該過濾器由聚四氟乙烯(PTFE)、硅樹脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一種或多種形成，但并不限于這些材料。更進一步地，該過濾器被安裝在第一管道中的支撐板所支撐。另外，穿過第二管道的上壁形成有用于接收通過電池堆的空氣的空氣接收口，其具有與該電池堆的下端面積相當(dāng)?shù)拿娣e。穿過第二管道的另一端形成有用于將空氣排出體系外的排氣口。此外，第二管道的下壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而該下壁的高度從該下壁的一端向另一端逐漸增加。另外，該第二管道的下壁以與第一管道的上壁同樣的傾斜角傾斜。同時，該第一管道第二部分的上壁具有一致的高度。更進一步地，該第二管道的下壁具有一致的高度。


圖1為例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖2為例示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電池堆的透視圖。
圖3為圖2所示電池堆的分解透視圖。
圖4為例示圖1所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。
圖5為沿圖4中線A方向的橫截面視圖。
圖6為例示通過圖5所示電池堆的氣流的橫截面視圖。
圖7為例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖8為例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電池堆的透視圖。
圖9為圖8所示電池堆的分解透視圖。
圖10為例示圖9中所示的形成有空氣通道的雙極板表面的前視圖。
圖11為例示圖7所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。
圖12為沿圖11中線B方向的橫截面視圖。
圖13為例示通過圖12所示電池堆的氣流的橫截面視圖。
圖14為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電腦繪圖，用于根據(jù)空氣通道尺寸模擬氣流速度。
圖15為通過數(shù)值分析獲得的、例示通過各空氣通道的氣流速度的模擬結(jié)果的電腦繪圖。
圖16為例示根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖17為例示圖16所示的電池堆、鼓風(fēng)裝置以及空氣調(diào)節(jié)層之間的連接關(guān)系的透視圖。
圖18為沿圖17中線C方向的橫截面視圖。
圖19為例示通過圖18所示電池堆的氣流的橫截面視圖。
圖20為例示圖16所示電池堆中氣流速度分布的電腦繪圖。
圖21為例示根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖22為例示圖21所示的電池堆與空氣調(diào)節(jié)層之間的連接關(guān)系的透視圖。
圖23為沿圖22中線D方向的橫截面視圖。
圖24為例示根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)中使用的第一金屬網(wǎng)的放大透視圖。
圖25為例示通過圖23所示電池堆的氣流的橫截面視圖。
圖26為例示圖21所示電池堆中氣流速度分布的電腦繪圖。
圖27為例示根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖28為例示圖27所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。
圖29為沿圖28中線E方向的橫截面視圖。
圖30為例示通過圖29所示電池堆的氣流的橫截面視圖。
圖31為根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電腦繪圖，用于模擬電池堆中的氣流速度。
圖32為通過數(shù)值分析獲得的、例示電池堆中氣流速度的模擬結(jié)果的電腦繪圖。
圖33為例示根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖34為例示圖33所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。
圖35為沿圖34中線F方向的橫截面視圖。
圖36為例示根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖37為例示通過圖35所示電池堆的氣流的橫截面視圖。
圖38為例示圖35所示電池堆中氣流速度分布的電腦繪圖。
圖39為例示現(xiàn)有半被動型燃料電池系統(tǒng)的電池堆與鼓風(fēng)裝置的示意圖。
具體實施例方式
參照圖1至圖5，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100包括電池堆10、用于向電池堆10供給燃料的燃料供給裝置30，以及用于向電池堆10供給空氣的空氣供給裝置50。在此，主要針對直接以甲醇為燃料產(chǎn)生電能的直接甲醇燃料電池(DMFC)系統(tǒng)進行說明。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)也可以應(yīng)用于利用燃料重整生成的燃料氫產(chǎn)生電能的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池(PEMFC)系統(tǒng)。該PEMFC需要對液體燃料進行重整并生成氫的重整器。
電池堆10包括多個彼此橫向堆積的單元電池10a。每個單元電池10a包括膜電極組件(MEA)12以及位于該MEA12兩側(cè)的雙極板16。形成所述雙極板16，使得雙極板16的兩個表面與MEA12接觸，而由兩個單元電池10a共享。該電池堆10通過端板16a向外部負載供電，該端板16a是位于電池堆10的兩個橫向端的雙極板。該電池堆10進一步包括支撐板16b，其與端板16a的外表面相連接，用來固定雙極板16及MEA12。每個支撐板16b在其中都設(shè)置有適當(dāng)?shù)耐ǖ?未圖示)，這樣從燃料供給裝置30供給的燃料可以通過該適當(dāng)?shù)耐ǖ垒斔偷诫p極板16。該端板16a可以執(zhí)行支撐板16b的額外功能。
當(dāng)從雙極板16的垂直中心線觀察時，所述電池堆10由位于其左右側(cè)部分的單元電池10a構(gòu)成。也就是說，當(dāng)從前面觀察該電池堆10時，獨立的單元電池10a形成于電池堆10的左右側(cè)部分。更進一步地，在左側(cè)及右側(cè)單元電池10a之間的中心部分，該電池堆10具有用于提供燃料供給通道的第一及第二通孔17a，17b。因此，該電池堆10通過第一及第二通孔17a，17b被橫向供給燃料。另外，通過形成在每塊雙極板16上的、從雙極板16的上端向下端延伸的空氣通道19，該電池堆10被供給空氣。下面，將對組成電池堆10的MEA12及雙極板16的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。從雙極板16的垂直中心線觀察時，形成在電池堆10左右側(cè)部分的單元電池10a可以相互結(jié)合在一起。在這種情況下，所述第一及第二通孔17a，17b被形成在每塊雙極板16的兩側(cè)部分。
形成MEA12，使得電解質(zhì)膜14被夾在陽極13與陰極15之間。所述陽極13包括分別位于電解質(zhì)膜14的一個表面的左右側(cè)部分、彼此被分隔開的陽極13a，13b，而陰極15包括分別位于電解質(zhì)膜14的另一個表面的左右側(cè)部分、彼此分隔開的陰極15a，15b。這樣，MEA12在其兩個表面的中心部分存在非反應(yīng)區(qū)域，該區(qū)域并未形成有陽極13或陰極15。該非反應(yīng)區(qū)域具有提供燃料供給通道的第一及第二通孔17a，17b。在第一及第二通孔17a，17b之間，該MEA12可以具有一個鎖定孔20，在其中插入用來固定電池堆10的固定栓。
陽極13與陰極15包括用于燃料供給與擴散的燃料擴散層、用于燃料進行氧化還原反應(yīng)的催化劑層以及電極支撐體。陽極13從供給的燃料中分離出電子及氫離子，電解質(zhì)膜14將氫離子輸送到陰極15。陰極15促使從陽極13供給的電子及氫離子與氧進行反應(yīng)，產(chǎn)生水。這樣，電池堆10通過氫與氧之間的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。
雙極板16在MEA12的兩個表面與其緊密接觸，并且在其兩個表面分別具有燃料通道18及空氣通道19。當(dāng)從雙極板16的垂直中心線觀察時，燃料通道18位于雙極板16的一個表面的左右側(cè)部分，而空氣通道19位于雙極板16的另一個表面的左右側(cè)部分。這樣，在雙極板16的兩個表面的中心部分具有非形成區(qū)域16c，16d，其并未形成有燃料通道18或者空氣通道19。雙極板16在其一個表面上與一個MEA12的陽極13緊密接觸，同時在其另一個表面上與另一個MEA12的陰極15緊密接觸。因此，該雙極板16的與陽極13緊密接觸的一個表面形成有燃料通道18，這樣燃料可以不斷地供給陽極13。另外，雙極板16的與陰極15緊密接觸的另一表面則形成有空氣通道19，從而空氣可以不斷地供給陰極15。
穿過位于雙極板16表面的左右側(cè)部分之間的雙極板16的非形成區(qū)域16d形成第一及第二通孔17a，17b，該雙極板16形成有燃料通道18，從而第一及第二通孔17a，17b穿過雙極板16，并與燃料通道18的兩端相連接。因此，在雙極板16中，通過第一通孔17a供給的燃料流過燃料通道18，隨后通過第二通孔17b流出。該第一及第二通孔17a，17b以相同高度并穿過雙極板16及MEA12而形成，從而適當(dāng)?shù)貥?gòu)成穿過電池堆10的上下部分的燃料通道。因此，電池堆10從其一個橫向端通過第一通孔17a被供給燃料，并且未反應(yīng)燃料及作為反應(yīng)副產(chǎn)物的二氧化碳通過第二通孔17b被排出電池堆10的另一橫向端。在第一及第二通孔17a，17b之間穿過雙極板16形成鎖定孔20，其通過固定栓(未圖示)固定電池堆10。第一及第二通孔17a，17b通過在支撐板16b中形成的適當(dāng)?shù)耐ǖ?未圖示)與燃料供給裝置30相連接，以使燃料流通。根據(jù)電池堆10的設(shè)計，支撐板16b上的通道可以用各種方法形成。
雙極板16由金屬材料制成，例如鋁、銅、鐵及其合金，或者由諸如石墨及含碳化合物等導(dǎo)電材料制成。
當(dāng)從雙極板16的垂直中心線觀察時，燃料通道18形成于雙極板16的一個表面的左右側(cè)部分，并與MEA12的陽極13接觸，從而具備預(yù)定的深度和寬度即預(yù)定的截面積。也就是說，燃料通道18a，18b形成于位于雙極板16的一個表面的中心部分的非形成區(qū)域16d的兩側(cè)。該燃料通道18可以呈Z字形以增加燃料通道18的總表面積。相應(yīng)地，由于燃料通道18與MEA12的陽極13的接觸面積增加，陽極13與燃料直接接觸的面積也會增加。由于電池堆10由燃料泵以期望的壓力供給燃料，即使燃料通道18呈Z字形，燃料也可以可靠地供給到電池堆10。
當(dāng)從雙極板16的垂直中心線觀察時，空氣通道19形成于雙極板16的另一表面的左右側(cè)部分，并與MEA12的陰極15接觸，從而具備預(yù)定的深度和寬度。也就是說，空氣通道19a，19b形成于位于雙極板16的另一表面的中心部分的非形成區(qū)域16c的兩側(cè)。空氣通道19可以呈直線形，從雙極板16的上端向下端延伸，從而從上面或者下面供給的空氣能夠可靠地流過空氣通道19。與燃料通道18不同，空氣通道19不與第一及第二通孔17a，17b相連接。
在MEA12及雙極板16的中心部分可以不具有非反應(yīng)區(qū)域及非形成區(qū)域。換句話說，MEA12可以不具有非反應(yīng)區(qū)域，分別在其兩個表面上整個地形成陽極13及陰極15。另外，雙極板16可以不具有非形成區(qū)域，分別在其兩個表面整個地形成燃料通道18及空氣通道19。在這種情況下，在電池堆10中，穿過雙極板16及MEA12的兩側(cè)部分形成第一及第二通孔17a，17b。
燃料供給裝置30包括用于儲存稀釋到預(yù)定濃度的燃料的燃料罐32，以及用于向電池堆10供給燃料的燃料泵34。當(dāng)燃料罐32被設(shè)計成混合分別制備的原始燃料液和水，并將原始燃料液稀釋到預(yù)定濃度時，該燃料供給裝置30可以進一步包括用于儲存原始燃料液的原始燃料液罐(未圖示)以及原始燃料液泵(未圖示)。燃料罐32可以為筒狀，其中儲存被稀釋到預(yù)定濃度的燃料。如果儲存在燃料罐32中的燃料用完，可以及時補充燃料或安裝新的燃料罐。
在燃料罐32中，儲存有被稀釋到預(yù)定濃度的甲醇或者乙醇等液體燃料。燃料泵34與燃料罐32相連接，并將容納在燃料罐32中的燃料供給電池堆10的陽極13。當(dāng)燃料罐32接收并將原始燃料液稀釋到預(yù)定濃度時，燃料罐32通過不同的管道與電池堆10的陽極13及陰極15相連接，從而可以收集從電池堆10的陽極13排放的未反應(yīng)燃料及從電池堆10的陰極15排放的水。
空氣供給裝置50包括用于吸入及排放空氣的鼓風(fēng)裝置51，以及將從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣供給電池堆10的上或下端的管道60。
鼓風(fēng)裝置51吸入外部空氣并以恒定壓力排出吸入的空氣。該鼓風(fēng)裝置51包括鼓風(fēng)機或者風(fēng)扇。當(dāng)然，鼓風(fēng)裝置51也可以包括其他各種能夠以期望壓力排出空氣的裝置。
管道60包括安裝于電池堆10的上端的第一管道61以及安裝于電池堆10的下端的第二管道71。鼓風(fēng)裝置51安裝在第一管道61或第二管道71的內(nèi)部或者外部。管道60用于將從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣引導(dǎo)到電池堆10的上端，通過空氣通道19供給空氣。雖然在本實施方式中例示了第一管道61安裝于電池堆10的上端，第二管道71安裝于電池堆10的下端，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)移動通訊終端的用途或設(shè)計，第一管道61可以安裝于電池堆10的下端，第二管道71可以安裝于電池堆10的上端。
第一管道61可以是中空的盒形結(jié)構(gòu)。第一管道61具有在內(nèi)部或者外部設(shè)置有鼓風(fēng)裝置51的第一部分，以及位于該電池堆10上端的第二部分。(在此，如圖1所示，第一管道61第一部分相當(dāng)于設(shè)置有鼓風(fēng)裝置51的左側(cè)部分，并從電池堆10上端向外突出，而第一管道61第二部分相當(dāng)于位于電池堆10上端的右側(cè)部分)?？梢孕纬傻谝还艿?1，使得第一管道61第一部分具有與鼓風(fēng)裝置51的高度實質(zhì)上相對應(yīng)的高度，并且該鼓風(fēng)裝置51設(shè)置于第一個管道61第一部分中。穿過第一管道61第一部分的上壁形成吸氣口62，從而鼓風(fēng)裝置51可以通過吸氣口62吸入空氣。吸氣口62的面積可以與鼓風(fēng)裝置51的上部面積相當(dāng)。第一管道61第一部分具有一致的高度，以使吸入的空氣可以可靠地向第一管道61第二部分流動。第一管道61的一端61a可以關(guān)閉以防止由鼓風(fēng)裝置51吸入的空氣泄漏到外面。從而，第一管道61促使由鼓風(fēng)裝置51吸入的空氣向第一管道61第二部分供給。
第一管道61第二部分具有與電池堆10上端的面積相當(dāng)?shù)慕孛娣e，并具有預(yù)定的高度，以使第一管道61第二部分可以覆蓋電池堆10的整個上端。與電池堆10上端接觸的第一管道61第二部分的下壁打開，形成供氣口63。供氣口63可以具有與電池堆10上端相對應(yīng)的輪廓及面積。因此，在第一管道61中，由第一部分中的鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62吸入的空氣被導(dǎo)入到第二部分，并通過供氣口63供給到電池堆10的空氣通道19。
可以形成第一管道61第二部分，使得第一管道61第二部分內(nèi)部的高度從電池堆10的一端向另一端逐漸降低。即，形成第一管道61第二部分，使得第一管道61第二部分的上壁61c朝著電池堆10上端而向下傾斜，以具有預(yù)定的傾斜角。這樣，隨著第一管道61第二部分逐漸偏離鼓風(fēng)裝置51，第一管道61第二部分的截面積逐漸減小，從而確保從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣的速度不會降低。一般來說，在管道的截面積保持恒定的情況，當(dāng)空氣遠離鼓風(fēng)裝置時，空氣的速度和供給量會有所降低。這種現(xiàn)象在從鼓風(fēng)裝置排出的空氣量降低時會變得更加嚴重。因此，根據(jù)從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣量，第一管道61第二部分可以在上壁61c形成適當(dāng)?shù)膬A斜角。也就是說，如果從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣量增加，則第一管道61第二部分可以在上壁61c形成較小的傾斜角。相反，如果從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣量降低，則第一管道61第二部分可以在上壁61c形成較大的傾斜角。
與第一管道61的情況相似，第二管道71可以是中空的盒形結(jié)構(gòu)。第二管道71安裝于電池堆10下端而覆蓋電池堆10下端。穿過第二管道71的上壁形成空氣接收口73，其具有與所述電池堆10下端的面積相當(dāng)?shù)拿娣e。該第二管道71的一端71a關(guān)閉，而其另一端71b打開，構(gòu)成排氣口72。從而，第二管道71用于將已經(jīng)通過電池堆10的空氣排放到外面。
第二管道71的下壁71c向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而第二管道71的內(nèi)部空間高度從第二管道71的一端71a向另一端71b逐漸增加。這樣，進入第二管道71的空氣的速度在一端71a會比在另一端71b相對快，因而空氣可以順利地排放到外面。第二管道71的下壁71c可以以與第一管道61第二部分的上壁61c相同的傾斜角而傾斜。這樣，整個燃料電池系統(tǒng)會具有一致的高度，并且盡管存在管道50，整個燃料電池系統(tǒng)的高度并沒有局部增加。由于第一管道61第二部分的上壁61c以及第二管道71的下壁71c的傾斜，電池堆10被傾斜地固定。
第二管道71為在電池堆10的陰極15反應(yīng)產(chǎn)生的水提供了排放通道。在這種情況下，用于收集水的不同管道可以設(shè)置在第二管道71的另一端71b。
圖6為例示通過圖5所示電池堆的氣流的橫截面視圖。這里，將集中針對利用空氣供給裝置50向電池堆10供給空氣的過程進行說明。由于利用燃料供給裝置30向電池堆10供給燃料的過程對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知，因而略去其詳細說明。
對于電池堆10，第一管道61與電池堆10上端相連接，而第二管道71與電池堆10下端相連接。鼓風(fēng)裝置51設(shè)置于第一個管道61第一部分中，第一管道61第二部分與電池堆10上端相連接。這樣，當(dāng)鼓風(fēng)裝置51運轉(zhuǎn)時，該鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62向下吸入空氣，并且吸入的空氣從鼓風(fēng)裝置51的側(cè)面釋放至第一管道61第二部分。第一管道61的結(jié)構(gòu)允許從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣向第一管道61第二部分流動。第一管道61第二部分的上壁61c向下傾斜，以確保相鄰于第一管道61的另一端61b的氣流速度及供給的空氣量不會降低。因而，在第一管道61第二部分下面，無論距離鼓風(fēng)裝置51多遠，雙極板16的空氣通道19都會被分別供給恒定量的空氣。
已經(jīng)流過雙極板16的空氣通道19的空氣流出電池堆10下端，并通過第二管道71的空氣接收口73進入第二管道71。由于雙極板16的空氣通道19呈在垂直方向延伸的直線形，因此可以確保平穩(wěn)的氣流。第二管道71與電池堆10下端相連接，其結(jié)構(gòu)允許從電池堆10進入其中的空氣向第二管道71的另一端71b流動。由于第二管道71的內(nèi)部空間高度從一端71a到另一端71b逐漸增加，從電池堆10進入第二管道71的空氣可以順利地從一端71a流到另一端71b。從一端71a流到另一端71b的空氣通過形成于第二管道71的另一端71b的排氣口72排到外面。
圖7為例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖8為例示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電池堆的透視圖。圖9為圖8所示電池堆的分解透視圖。圖10為例示圖9中所示的形成有空氣通道的雙極板表面的前視圖。圖11為例示圖7所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。圖12為沿圖11中線B方向的橫截面視圖。
參照圖7至12，根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)200包括電池堆210、用于向電池堆210供給燃料的燃料供給裝置30以及用于向電池堆210供給空氣的空氣供給裝置50。在下面對半被動型燃料電池系統(tǒng)200的說明中，與根據(jù)第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100相同的部件，采用相同的參照編號，其相關(guān)的詳細說明將被略去。
電池堆210包括多個彼此橫向堆積的單元電池210a。每個單元電池210a包括膜電極組件(MEA)212以及位于該MEA212兩側(cè)的雙極板216。形成所述雙極板216，使得雙極板216的兩個表面與MEA212接觸，而由兩個單元電池210a共享。該電池堆210通過端板216a向外部負載供電，該端板216a是位于電池堆210的兩個橫向端的雙極板。該電池堆210進一步包括支撐板216b，其與端板216a的外表面相連接，用來固定雙極板216及MEA212。每個支撐板216b在其中都設(shè)置有適當(dāng)?shù)耐ǖ?未圖示)，這樣從燃料供給裝置30供給的燃料可以通過該適當(dāng)?shù)耐ǖ垒斔偷诫p極板216。該端板216a可以執(zhí)行支撐板216b的額外功能。
當(dāng)從雙極板216的垂直中心線觀察時，所述電池堆210由位于其左右側(cè)部分的單元電池210a構(gòu)成。也就是說，當(dāng)從前面觀察該電池堆210時，獨立的單元電池210a形成于電池堆210的左右側(cè)部分。更進一步地，在左側(cè)及右側(cè)單元電池210a之間的中心部分，該電池堆210具有用于提供燃料供給通道的第一及第二通孔17a，17b。因此，該電池堆210通過第一及第二通孔17a，17b被橫向供給燃料。另外，通過形成在每塊雙極板216上的、從雙極板216的上端向下端延伸的空氣通道219，該電池堆210被供給空氣。從雙極板216的垂直中心線觀察時，形成在電池堆210左右側(cè)部分的單元電池210a可以相互結(jié)合在一起。在這種情況下，所述第一及第二通孔17a，17b被形成在每塊雙極板216的兩側(cè)部分。
雙極板216在MEA212的兩個表面與其緊密接觸，并且在其兩個表面分別具有燃料通道18及空氣通道219。當(dāng)從雙極板216的垂直中心線觀察時，燃料通道18位于雙極板216的一個表面的左右側(cè)部分，而空氣通道219位于雙極板216的另一個表面的左右側(cè)部分。這樣，在雙極板216的兩個表面的中心部分具有非形成區(qū)域16c，16d，其并未形成有燃料通道18或者空氣通道219。雙極板216在其一個表面上與一個MEA212的陽極13緊密接觸，同時在其另一個表面上與另一個MEA212的陰極15緊密接觸。因此，該雙極板216的與陽極13緊密接觸的一個表面形成有燃料通道18，這樣燃料可以不斷地供給陽極13。另外，雙極板216的與陰極15緊密接觸的另一表面則形成有空氣通道219，從而空氣可以不斷地供給陰極15。
當(dāng)從雙極板216的垂直中心線觀察時，空氣通道219a，219b形成于雙極板216的另一表面的左右側(cè)部分，并與MEA212的陰極15接觸，從而具備預(yù)定的深度、寬度和截面形狀。也就是說，空氣通道219a，219b形成于位于雙極板216的另一表面的中心部分的非形成區(qū)域16c的兩側(cè)?？諝馔ǖ?19可以呈直線形，從雙極板216的上端向下端延伸，從而從上面或者下面供給的空氣能夠可靠地流過空氣通道219。與燃料通道18不同，空氣通道219不與第一及第二通孔17a，17b相連接。
形成空氣通道219，使得形成于雙極板216的第一部分上的、臨近鼓風(fēng)裝置51的空氣通道219a的寬度‘a(chǎn)’或深度，比形成于雙極板216的第二部分上的空氣通道219b的寬度‘b’或深度要大。也就是說，形成空氣通道219，使得形成于雙極板216的第一部分上的空氣通道219a的截面積大于形成于雙極板216的第二部分上的空氣通道219b的截面積。結(jié)果是，對于形成的空氣通道219，空氣通道219a，219b的截面積從雙極板216的第一部分向第二部分逐漸減小。
如下所述，形成第一管道61第二部分，使得第一管道61第二部分的上壁61c朝著電池堆210上端向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角。因而，從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣速度不會在鄰近第一管道61另一端61b的位置降低。由于第一管道61的另一端61b的截面積相對較小，并且被關(guān)閉，因此空氣壓力增大，供給到空氣通道219b的空氣量也增加。在這種情況下，由于在雙極板216的結(jié)構(gòu)中，形成于雙極板216的第二部分上的空氣通道219b的截面積小于形成于雙極板216的第一部分上的空氣通道219a的截面積，供給到空氣通道219b的空氣量減少。通過考慮鼓風(fēng)裝置51的性能、第一管道61的最大高度以及第一管道61上壁61c的傾斜角等因素，可以適當(dāng)?shù)卮_定空氣通道219a，219b的截面積從雙極板216的第一部分向第二部分逐漸減小的程度。因此，空氣通道219的截面積減小程度并未在此特別確定。然而，空氣通道219的截面積減小程度可以容易地通過下面所述的利用計算機進行的數(shù)值分析加以確定。
在MEA212及雙極板216的中心部分可以不具有非反應(yīng)區(qū)域及非形成區(qū)域。換句話說，MEA212可以不具有非反應(yīng)區(qū)域，分別在其兩個表面上整個地形成陽極13及陰極15。另外，雙極板216可以不具有非形成區(qū)域，分別在其兩個表面整個地形成燃料通道18及空氣通道19。在這種情況下，在電池堆210中，穿過雙極板216及MEA212的兩側(cè)部分形成第一及第二通孔17a，17b。
圖13是例示通過圖12所示電池堆的氣流的橫截面視圖。圖14為根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電腦繪圖，用于根據(jù)空氣通道尺寸模擬氣流速度。圖15為通過數(shù)值分析獲得的、例示通過各空氣通道的氣流速度的模擬結(jié)果的電腦繪圖。在此，將集中針對利用空氣供給裝置50向電池堆210供給空氣的過程進行說明。由于利用燃料供給裝置30向電池堆210供給燃料的過程對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知，因而略去其詳細說明。
對于電池堆210，第一管道61與電池堆210上端相連接，而第二管道71與電池堆210下端相連接。鼓風(fēng)裝置51設(shè)置于第一個管道61第一部分中，第一管道61第二部分與電池堆210上端相連接。這樣，當(dāng)鼓風(fēng)裝置51運轉(zhuǎn)時，該鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62向下吸入空氣，并且吸入的空氣從鼓風(fēng)裝置51的側(cè)面釋放至第一管道61第二部分。第一管道61的結(jié)構(gòu)允許從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣向第一管道61第二部分流動。第一管道61第二部分的上壁61c向下傾斜，以確保在鄰近第一管道61的另一端61b的位置氣流速度及供給的空氣量不會降低，空氣壓力被增加。形成雙極板216的空氣通道219a，219b，使得空氣通道219a，219b的截面積隨著空氣通道219a，219b偏離鼓風(fēng)裝置51而逐漸減小。因而，盡管供給空氣的壓力朝著第一管道61的另一端61b逐漸增加，由于空氣通道219a，219b的截面積逐漸減小，從而進入空氣通道219a，219b的空氣量相對減少。結(jié)果是，每個形成于雙極板216的第一及第二部分中的空氣通道219a，219b都分別被供給恒定的空氣量。
如圖14所示，形成半被動型燃料電池系統(tǒng)200，使得形成于雙極板216一端中的空氣通道219a的寬度是2.5mm，形成于雙極板216另一端中的空氣通道219b的寬度是0.7mm，并且在其間形成的空氣通道219a，219b的寬度從一端向另一端逐漸減小。在這種情況下，參照例示了由計算機進行的數(shù)值分析結(jié)果的圖15，進入雙極板216的各空氣通道219a，219b的空氣速度從雙極板216一端向另一端逐漸減小。換句話說，根據(jù)本發(fā)明的本實施方式，當(dāng)雙極板216的空氣通道219a，219b的截面積逐漸減小時，空氣通道219a，219b中的氣流阻力會逐漸增加，而空氣通道219a，219b中的氣流速度和氣流量會逐漸減小。可以發(fā)現(xiàn)，通過從雙極板216一端到另一端形成的空氣通道219a，219b的氣流速度偏差降低到不超過0.20。另外，盡管在圖中未示出，當(dāng)雙極板的空氣通道具有相同的截面積時，可以發(fā)現(xiàn)，該氣流速度偏差會增大到不小于0.35。
已經(jīng)流過第一管道61的空氣流出電池堆210下端，并通過第二管道71的空氣接收口73進入第二管道71。由于雙極板216的空氣通道219呈在垂直方向延伸的直線形，因此可以確保平穩(wěn)的氣流。第二管道71與電池堆210下端相連接，其結(jié)構(gòu)允許從電池堆210進入其中的空氣向第二管道71的另一端71b流動。由于第二管道71的內(nèi)部空間高度從一端71a到另一端71b逐漸增加，從電池堆210進入第二管道71的空氣可以順利地從一端71a流到另一端71b。從一端71a流到另一端71b的空氣通過形成于第二管道71的另一端71b的排氣口72排到外面。
圖16為例示根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖17為例示圖16所示的電池堆、鼓風(fēng)裝置以及空氣調(diào)節(jié)層之間的連接關(guān)系的透視圖。圖18為沿圖17中線C方向的橫截面視圖。
參照圖16至18，根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)300包括電池堆10、用于向電池堆10供給燃料的燃料供給裝置30以及用于向電池堆10供給空氣的空氣供給裝置350。在下面對半被動型燃料電池系統(tǒng)300的說明中，與根據(jù)第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100相同的部件，采用相同的參照編號，其相關(guān)的詳細說明將被略去。
空氣供給裝置350包括用于吸入及排放空氣的鼓風(fēng)裝置51，將從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣供給電池堆10的上或下端的管道60，以及形成于電池堆10上端以覆蓋包括形成有空氣通道19的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域的空氣調(diào)節(jié)層365。
空氣調(diào)節(jié)層365由諸如海綿等空氣可以通過的多孔材料制成?？諝庹{(diào)節(jié)層365可以覆蓋空氣通道19的整個上端，發(fā)揮降低供應(yīng)空氣的壓力以及使供給空氣的壓力完全一致的功能?？諝庹{(diào)節(jié)層365由具有微孔的多孔材料制成，該微孔的截面積小于空氣通道19的截面積。
空氣調(diào)節(jié)層365可以形成為氣-液分離層，該氣-液分離層允許諸如空氣等氣體通過，但不允許液體通過。該氣-液分離層可以由選自聚四氟乙烯(PTFE)以及包含硅樹脂的疏水薄膜中的一種材料制成。另外，該空氣調(diào)節(jié)層365可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或多種材料制成，但并不限于這些材料。在此，氣-液分離層的材料并不局限于特定材料，相反，各種具有疏水特性的樹脂材料都可以用于制備氣-液分離層。
更進一步地，空氣調(diào)節(jié)層365可以由諸如Kimwipes_擦拭布及Gore-Tex_透氣材料等材料形成。在此，Kimwipes_擦拭布具有低的噪音生成水平，并且在實驗室中與多元保護窗一起形成，用來減少環(huán)境污染。另外，通過拉伸和加熱對熱和化學(xué)品具有抵抗力的Teflon_樹脂，Gore-Tex_透氣材料被形成為具有大量氣孔的非常薄的薄層，其孔尺寸為2/10,000mm，可以允許空氣通過，但阻止水分通過。Teflon_是DuPont的注冊商標。空氣調(diào)節(jié)層365可以是單層或者多層結(jié)構(gòu)。當(dāng)空氣調(diào)節(jié)層365具有多層結(jié)構(gòu)時，多個由相同或者不同材料制成的聚合物層可以互相被層疊。
空氣調(diào)節(jié)層365形成于電池堆10上端，以覆蓋包括形成有雙極板16的空氣通道19的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域?？諝庹{(diào)節(jié)層365可以覆蓋第一管道61中的整個電池堆10上端。從而，空氣調(diào)節(jié)層365與形成于第一管道61下壁中的供氣口63相連接，以覆蓋整個供氣口63。
空氣調(diào)節(jié)層365的功能是覆蓋整個空氣通道19的上端，允許從鼓風(fēng)裝置51排出的、空氣壓力被一致化的空氣通過。由于與鼓風(fēng)裝置51之間的距離以及第一管道61的結(jié)構(gòu)，供給到空氣通道19上端的空氣具有不同的壓力?？諝庹{(diào)節(jié)層365能夠減小供給到空氣通道19的壓力差異。特別是，空氣調(diào)節(jié)層365可以沿著第一管道61的縱向減小空氣的壓力差異。因此，盡管在第一管道61縱向的位置不同，供給到空氣通道19的空氣也具有恒定的壓力。已經(jīng)流過空氣調(diào)節(jié)層365的空氣具有恒定的壓力而通過空氣通道19。
空氣調(diào)節(jié)層365具有預(yù)定的透氣性。換句話說，考慮到從鼓風(fēng)裝置排出的空氣壓力、將空氣供給到雙極板16的空氣通道19所需的空氣壓力以及氣流量，空氣調(diào)節(jié)層365可以具有適當(dāng)?shù)耐笟庑??？諝庹{(diào)節(jié)層365的透氣性取決于空氣調(diào)節(jié)層365的材料、在空氣調(diào)節(jié)層365中形成的氣孔的平均尺寸及數(shù)量等。
圖19為例示通過圖18所示電池堆的氣流的橫截面視圖。圖20為例示圖16所示電池堆中氣流速度分布的電腦繪圖。在此，將集中針對利用空氣供給裝置350向電池堆10供給空氣的過程進行說明。由于利用燃料供給裝置30向電池堆10供給燃料的過程對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知，因而略去其詳細說明。
當(dāng)設(shè)置于管道60中的鼓風(fēng)裝置51運轉(zhuǎn)時，該鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62向下吸入空氣，并且吸入的空氣從鼓風(fēng)裝置51的側(cè)面釋放至第一管道61第二部分。第一管道61的結(jié)構(gòu)允許從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣向第一管道61第二部分流動。第一管道61第二部分的上壁61c向下傾斜，以確保相鄰于第一管道61的另一端61b的氣流速度不會降低?？諝庹{(diào)節(jié)層365可以完全地使供給到空氣通道19的空氣壓力降低并一致化。流過空氣調(diào)節(jié)層365的空氣具有恒定的壓力，并被供給空氣通道19。因此，供給到空氣通道19的空氣以相同速度通過各空氣通道19，從而氣流被均一化。也就是說，如圖19所示，在電池堆10中，供給到空氣通道19的空氣的速度在縱向及橫向被一致化，并且進入各空氣通道19的氣流量是均一的。如圖20所示的空氣速度分布(亮度分布)表示通過在空氣通道19的下端測量流過空氣通道19的空氣的速度得到的結(jié)果。由于供給到空氣通道19的空氣量與相應(yīng)的空氣通道19的空氣速度和截面積的乘積成比例，通過測量空氣速度，有可能計算出流過空氣通道19的空氣量。在進行數(shù)值分析時，當(dāng)安裝有空氣調(diào)節(jié)層365時，在電池堆10下端測量的不同位置的速度偏差為4cm/s，是非常低的。當(dāng)未安裝空氣調(diào)節(jié)層365時，不同位置的速度偏差為30cm/s。
已經(jīng)流過第一管道61的空氣流出電池堆10下端，并通過第二管道71的空氣接收口73進入第二管道71。由于雙極板16的空氣通道19呈在垂直方向延伸的直線形，因此可以確保平穩(wěn)的氣流。第二管道71與電池堆10下端相連接，其結(jié)構(gòu)允許從電池堆10進入其中的空氣向第二管道71的另一端71b流動。由于第二管道71的內(nèi)部空間高度從一端71a到另一端71b逐漸增加，從電池堆10進入第二管道71的空氣可以順利地從一端71a流到另一端71b。從一端71a流到另一端71b的空氣通過形成于第二管道71的另一端71b的排氣口72排到外面。
圖21為例示根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖22為例示圖21所示的電池堆與空氣調(diào)節(jié)層之間的連接關(guān)系的透視圖。圖23為沿圖22中線D方向的橫截面視圖。圖24為例示根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)中使用的第一金屬網(wǎng)的放大透視圖。
參照圖21至24，根據(jù)本發(fā)明的第四實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)400包括電池堆10、用于向電池堆10供給燃料的燃料供給裝置30、用于向電池堆10供給恒定壓力的空氣的空氣供給裝置350以及空氣調(diào)節(jié)層80。另外，半被動型燃料電池系統(tǒng)400可以進一步包括熱導(dǎo)管90。在下面對半被動型燃料電池系統(tǒng)400的說明中，與根據(jù)第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100相同的部件，采用相同的參照編號，其相關(guān)的詳細說明將被略去。
所述空氣調(diào)節(jié)層80包括第一金屬網(wǎng)81，其在包括形成有空氣通道19的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域中安裝于電池堆10上端。空氣調(diào)節(jié)層80可以進一步包括第二金屬網(wǎng)85，其在作為第二管道71出口的排氣口72中的預(yù)定區(qū)域安裝于電池堆10下端?？諝庹{(diào)節(jié)層80可以進一步包括氣-液分離層82，86，各分離層分別形成于第一及第二金屬網(wǎng)81，85的一個表面上。
空氣調(diào)節(jié)層80被形成為可以通過空氣的金屬濾網(wǎng)或者多孔金屬發(fā)泡體。金屬濾網(wǎng)是一種由金屬絲編織成的、具有許多預(yù)定尺寸的篩孔的編織網(wǎng)。在金屬濾網(wǎng)中，雖然篩孔可以形成為方形，但是沒有必要限于方形篩孔。在金屬濾網(wǎng)中，篩孔的尺寸通常以稱為“目”的單位進行確定。“目”是用來度量在每平方英寸中存在的篩孔數(shù)量的單位。另外，金屬濾網(wǎng)的尺寸也可以利用兩根金屬絲之間的篩孔長度來度量，其單位是英寸或毫米等。度量金屬濾網(wǎng)尺寸的“目”的定義隨著國家或者公司的不同略微有所不同。例如，在美國標準中，目數(shù)為100目的金屬濾網(wǎng)，其篩孔尺寸是149微米，金屬線的直徑是100微米。另外，目數(shù)為5目的金屬濾網(wǎng)，其篩孔尺寸是4,000微米，金屬線的直徑是1,370微米。金屬濾網(wǎng)可以沒有以目數(shù)確定的標準尺寸，但可以由具有確定直徑的金屬絲制成，以達到預(yù)定的篩孔尺寸。
第一金屬網(wǎng)81形成于電池堆10上端，覆蓋包括形成有雙極板16的空氣通道19的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域。第一金屬網(wǎng)81可以覆蓋第一管道61中的整個電池堆10上端。因此，第一金屬網(wǎng)81與形成于第一管道61的下壁中的供氣口63相連接，以覆蓋整個供氣口63。根據(jù)與鼓風(fēng)裝置51之間的距離以及第一管道61的結(jié)構(gòu)，供給到空氣通道19上端的空氣會具有不同的壓力。第一金屬網(wǎng)81可以對供給到空氣通道19的空氣增加壓力阻抗，并能夠減小供給到空氣通道19的空氣的壓力差異。特別是，第一金屬網(wǎng)81可以沿著第一管道61的縱向降低空氣的壓力差異。因此，盡管沿著第一管道61的縱向的位置不同，供給到空氣通道19的空氣具有恒定的壓力。
形成第一金屬網(wǎng)81，使得第一金屬網(wǎng)81的開口或氣孔的尺寸小于空氣通道19的開口尺寸。第一金屬網(wǎng)81具有預(yù)定的透氣性。考慮到從鼓風(fēng)裝置排出的空氣壓力、將空氣供給到雙極板16的空氣通道19所需的空氣壓力以及氣流量，第一金屬網(wǎng)81可以具有適當(dāng)?shù)耐笟庑浴?br> 與第一金屬網(wǎng)81一樣，第二金屬網(wǎng)85由金屬濾網(wǎng)或多孔金屬發(fā)泡體構(gòu)成，并占據(jù)第二管道71的整個排氣口72。第二金屬網(wǎng)85可以垂直于排氣口72被安裝。第二金屬網(wǎng)85可以暫時地延緩?fù)ㄟ^排氣口72的空氣排放，對第二管道71中的氣流增加阻力。因而，當(dāng)空氣在空氣通道19中流動時，在空氣通道19的下端氣流阻力會增大，結(jié)果是，在空氣通道19中空氣可以以恒定的速度流動。第二金屬網(wǎng)85的開口尺寸可以大于第一金屬網(wǎng)81的開口尺寸。如果第二金屬網(wǎng)85的開口尺寸過小，則在空氣通道19的下端氣流阻力會增加，空氣可能會無法順利供給到空氣通道19。
各氣-液分離層82，86分別形成于第一及第二金屬網(wǎng)81，85的一個表面上。氣-液分離層82，86可以制成允許諸如空氣等氣體通過但不允許液體通過的疏水層。該氣-液分離層82，86可以由選自聚四氟乙烯(PTFE)以及包含硅樹脂的疏水薄膜中的一種材料制成。另外，該氣-液分離層82，86可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或多種材料制成，但并不限于這些材料。在此，氣-液分離層的材料并不局限于特定材料，相反，各種具有疏水特性的樹脂材料都可以用于制備氣-液分離層。
氣-液分離層82，86與第一金屬網(wǎng)81及第二金屬網(wǎng)85共同作用，使得供給電池堆10的空氣壓力一致化。在燃料電池系統(tǒng)逆轉(zhuǎn)時，安裝于第一金屬網(wǎng)81上的氣-液分離層82可以防止在電池堆10的陰極中生成的水回流到鼓風(fēng)裝置中。安裝于第二金屬網(wǎng)85上的氣-液分離層86可以防止從電池堆10下端排出的水通過第二金屬網(wǎng)85泄漏到外面。
熱導(dǎo)管90由鐵、不銹鋼、銅及鋁等金屬材料制成。熱導(dǎo)管90可以由具有高導(dǎo)熱性的金屬如銅或鋁等制成。熱導(dǎo)管90如下形成多個具有預(yù)定寬度或直徑的板、管或者棒的兩端分別與第一金屬網(wǎng)81及第二金屬網(wǎng)85相連接，彼此間隔預(yù)定的距離。另外，熱導(dǎo)管90可以形成為寬度與第一金屬網(wǎng)81的寬度相當(dāng)?shù)膯伟?。熱?dǎo)管90將第二金屬網(wǎng)85的熱量傳遞到第一金屬網(wǎng)81。由于第二金屬網(wǎng)85被安裝于第二管道71的排氣口72中，基于流過電池堆10的空氣的溫度升高，第二金屬網(wǎng)85的溫度也會升高。另外，由于熱導(dǎo)管90在其一端與第二金屬網(wǎng)85相連接，熱量會從第二金屬網(wǎng)85傳遞到熱導(dǎo)管90，使熱導(dǎo)管90的溫度升高。更進一步地，由于第一金屬網(wǎng)81與熱導(dǎo)管90的另一端相連接，熱量會從熱導(dǎo)管90傳遞到第一金屬網(wǎng)81，使第一金屬網(wǎng)81的溫度升高。因此，流過第一金屬網(wǎng)81的空氣會被第一金屬網(wǎng)81的熱量加熱到預(yù)定溫度，然后供給到空氣通道19。這樣，電池堆10被供給升高溫度的空氣，從而電池堆10的整體反應(yīng)效率就可以被提高。
熱導(dǎo)管90可以在其朝向電池堆10的表面上具有隔離電絕緣層92。即，絕緣層92位于熱導(dǎo)管90與電池堆10之間，以防止熱導(dǎo)管90與電池堆10之間的電接觸。絕緣層92可以形成于熱導(dǎo)管90的一個表面上，或者也可以直接形成于電池堆10上。絕緣層92可以由具有電絕緣特性的膠帶或者諸如塑料等有機材料制成。另外，考慮到電池堆10的溫度，該絕緣層92可以由耐熱膠帶制成。
圖25為例示通過圖23所示電池堆的氣流的橫截面視圖。圖26為例示圖21所示電池堆中氣流速度分布的電腦繪圖。在此，將集中針對利用空氣供給裝置50向電池堆10供給空氣的過程進行說明。由于利用燃料供給裝置30向電池堆10供給燃料的過程對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知，因而略去其詳細說明。
當(dāng)設(shè)置于管道60中的鼓風(fēng)裝置51運轉(zhuǎn)時，該鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62向下吸入空氣，并且吸入的空氣從鼓風(fēng)裝置51的側(cè)面釋放至第一管道61第二部分。第一管道61的結(jié)構(gòu)允許從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣向第一管道61第二部分流動。第一管道61第二部分的上壁61c向下傾斜，以確保相鄰于第一管道61的另一端61b的氣流速度不會降低?？諝庹{(diào)節(jié)層80可以完全地使供給到空氣通道19的空氣壓力降低并一致化。流過空氣調(diào)節(jié)層80的第一金屬網(wǎng)81的空氣具有恒定的壓力，并被供給空氣通道19。另外，當(dāng)氣-液分離層82形成于第一金屬網(wǎng)81上時，該氣-液分離層82也會對供給空氣增加壓力阻抗。第二金屬網(wǎng)85可以對流過雙極板16的空氣通道19的空氣增加壓力阻抗，由此流過電池堆10的空氣的壓力被一致化。因此，供給到空氣通道19的空氣以相同速度通過各空氣通道19，從而氣流被均一化。也就是說，如圖25所示，在電池堆10中，供給到空氣通道19的空氣的速度在縱向及橫向被一致化，并且進入各空氣通道19的氣流量是均一的。如圖26所示的空氣速度分布表示通過在空氣通道19的下端測量流過空氣通道19的空氣的速度得到的結(jié)果。由于供給到空氣通道19的空氣量與相應(yīng)的空氣通道19的空氣速度和截面積的乘積成比例，通過測量空氣速度，有可能計算出流過空氣通道19的空氣量。這樣，當(dāng)流過空氣通道19的空氣速度相對一致時，供給到各空氣通道19的空氣量也是均一的。在進行數(shù)值分析時，當(dāng)安裝有空氣調(diào)節(jié)層80時，在電池堆10下端測量的不同位置的速度偏差為4cm/s，是非常低的。當(dāng)未安裝空氣調(diào)節(jié)層80時，不同位置的速度偏差為30cm/s。
熱導(dǎo)管90與第一金屬網(wǎng)81及第二金屬網(wǎng)85接觸，將第二金屬網(wǎng)85的熱量傳遞給第一金屬網(wǎng)81。因此，當(dāng)供給到電池堆10的空氣溫度增加時，燃料電池系統(tǒng)的效率和性能都可以得到提高。
已經(jīng)流過第一管道61的空氣流出電池堆10下端，并通過第二管道71的空氣接收口73進入第二管道71。由于雙極板16的空氣通道19呈在垂直方向延伸的直線形，因此可以確保平穩(wěn)的氣流。第二管道71與電池堆10下端相連接，其結(jié)構(gòu)允許從電池堆10進入其中的空氣向第二管道71的另一端71b流動。由于第二管道71的內(nèi)部空間高度從一端71a到另一端71b逐漸增加，從電池堆10進入第二管道71的空氣可以順利地從一端71a流到另一端71b。從一端71a流到另一端71b的空氣通過形成于第二管道71的另一端71b的排氣口72排到外面。
圖27為例示根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖28為例示圖27所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。圖29為沿圖28中線E方向的橫截面視圖。
參照圖27至29，根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)500包括電池堆10、用于向電池堆10供給燃料的燃料供給裝置30以及用于向電池堆10供給空氣的空氣供給裝置550。在下面對半被動型燃料電池系統(tǒng)500的說明中，與根據(jù)第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100相同的部件，采用相同的參照編號，其相關(guān)的詳細說明將被略去。
空氣供給裝置550包括用于吸入和排放空氣的鼓風(fēng)裝置51、將從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣供給到電池堆10上端或下端的管道560以及氣流轉(zhuǎn)變裝置，即用于轉(zhuǎn)變管道560中的氣流的空氣調(diào)節(jié)裝置565。
所述管道560包括安裝于電池堆10上端的第一管道61以及安裝于電池堆10下端的第二管道71。鼓風(fēng)裝置51安裝在第一管道61或第二管道71的內(nèi)部或者外部。管道60的作用是將安裝于第一管道61第一部分中的鼓風(fēng)裝置51排出的空氣導(dǎo)向電池堆10上端，并通過空氣通道19供給空氣。
空氣調(diào)節(jié)裝置565安裝在第一管道61第二部分的上壁61c上的預(yù)定位置，以轉(zhuǎn)變從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣的氣流方向?？諝庹{(diào)節(jié)裝置565形成于第一管道61第二部分的上壁61c的內(nèi)表面上，在第一管道61的橫向上延伸，并且向下突出預(yù)定長度?？諝庹{(diào)節(jié)裝置565可以部分地將從鼓風(fēng)裝置51排出的氣流轉(zhuǎn)變成垂直向下的方向。因此，在第一管道61第二部分上，當(dāng)空氣流向第一管道61的另一端61b時，空氣在形成空氣調(diào)節(jié)裝置565的位置部分地流向電池堆10。從而，由于流向第一管道61的另一端61b的空氣被部分地轉(zhuǎn)變方向，空氣速度就相對地降低。另外，由于流向第一管道61的另一端61b的空氣被空氣調(diào)節(jié)裝置565部分地阻擋，流向第一管道61的另一端61b的空氣量也相對減少?？諝庹{(diào)節(jié)裝置565在電池堆10上端轉(zhuǎn)變氣流，并且相對地降低流向第一管道61的另一端61b的空氣速度和流量。因此，形成于雙極板16的兩部分上的空氣通道19a，19b可以被供給相對恒定的空氣量。
空氣調(diào)節(jié)裝置565可以形成于第一管道61第二部分的縱向的中間部分。也就是說，空氣調(diào)節(jié)裝置565位于形成在電池堆10的中心部分上的非反應(yīng)區(qū)域或非形成區(qū)域16c，16d上面。因而，空氣調(diào)節(jié)裝置565可以使空氣均一地供給形成于雙極板19的一個及另一個部分上的空氣通道19a，19b。
空氣調(diào)節(jié)裝置565可以與第一管道61的上壁61c一體地形成，該第一管道61的上壁61c向內(nèi)突出。空氣調(diào)節(jié)裝置565可以具有實質(zhì)上呈半圓形的截面形狀，以使氣流中斷最少化。另外，形成空氣調(diào)節(jié)裝置565，使得與空氣直接接觸的空氣調(diào)節(jié)裝置565的前表面具有拱形輪廓或者相對于氣流方向呈鈍角，以防止氣流受到過大的阻力。在這種情況下，空氣調(diào)節(jié)裝置565的截面形狀可以呈三角形，以在第一管道61上占用最小的空間。空氣調(diào)節(jié)裝置565可以由與第一管道61第二部分的上壁61c的內(nèi)表面相連接的分隔塊構(gòu)成。
當(dāng)從第一管道61的上壁61c(更確切地說，在安裝空氣調(diào)節(jié)裝置565的位置)測量時，空氣調(diào)節(jié)裝置565具有相當(dāng)于第一管道61的最大內(nèi)部空間高度的30％-70％的突出長度。如果空氣調(diào)節(jié)裝置565的突出長度小于第一管道61的內(nèi)部空間高度的30％，則氣流被轉(zhuǎn)變的程度太小，以至于無法減小安裝空氣調(diào)節(jié)裝置565的影響。另外，如果空氣調(diào)節(jié)裝置565的突出長度大于第一管道61的內(nèi)部空間高度的70％，則氣流被轉(zhuǎn)變的程度就會太大，以至于供給到形成于雙極板16的另一部分上的空氣通道19b的空氣量會相對增加。
圖30為例示通過圖29所示電池堆的氣流的橫截面視圖。圖31為根據(jù)本發(fā)明的第五實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的電腦繪圖，用于模擬電池堆中的氣流速度。圖32為通過數(shù)值分析獲得的、例示電池堆中氣流速度的模擬結(jié)果的電腦繪圖。這里，將集中針對利用空氣供給裝置550向電池堆10供給空氣的過程進行說明。由于利用燃料供給裝置30向電池堆10供給燃料的過程對于本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)熟知，因而略去其詳細說明。
鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62向下吸入空氣，并且吸入的空氣從鼓風(fēng)裝置51的側(cè)面釋放至第一管道61第二部分。第一管道61的結(jié)構(gòu)允許從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣向第一管道61第二部分流動。第一管道61第二部分的上壁61c向下傾斜，以確保相鄰于第一管道61的另一端61b的氣流速度不會降低?？諝庹{(diào)節(jié)裝置565部分地將第一管道61中的氣流進行轉(zhuǎn)變，相對地降低流向第一管道61的另一端61b的空氣的速度和流量。因此，形成于雙極板16的一個及另一個部分上的空氣通道19a，19b可以被供給一致的空氣量。即，空氣調(diào)節(jié)裝置565使供給到空氣通道19a，19b的空氣量均一化。
已經(jīng)流過第一管道61的空氣流出電池堆10下端，并通過第二管道71的空氣接收口73進入第二管道71。由于雙極板16的空氣通道19呈在垂直方向延伸的直線形，因此可以確保平穩(wěn)的氣流。第二管道71與電池堆10下端相連接，其結(jié)構(gòu)允許從電池堆10進入其中的空氣向第二管道71的另一端71b流動。由于第二管道71的內(nèi)部空間高度從一端71a到另一端71b逐漸增加，從電池堆10進入第二管道71的空氣可以順利地從一端71a流到另一端71b。從一端71a流到另一端71b的空氣通過形成于第二管道71的另一端71b的排氣口72排到外面。
圖33為例示根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。圖34為例示圖33所示的電池堆與鼓風(fēng)裝置之間的連接關(guān)系的透視圖。圖35為沿圖34中線F方向的橫截面視圖。
參照圖33至35，根據(jù)本發(fā)明的第六實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)600包括電池堆10、用于向電池堆10供給燃料的燃料供給裝置30以及用于向電池堆10供給空氣的空氣供給裝置650。在下面對半被動型燃料電池系統(tǒng)600的說明中，與根據(jù)第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100相同的部件，采用相同的參照編號，其相關(guān)的詳細說明將被略去。
空氣供給裝置650包括用于吸入和排放空氣的鼓風(fēng)裝置51、將從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣供給到電池堆10上端或下端的管道60以及在與鼓風(fēng)裝置51分開預(yù)定距離的位置安裝于管道60中的過濾器665。
過濾器665由諸如海綿等空氣可以通過的多孔材料制成。過濾器665可以形成為允許諸如空氣等氣體通過但不允許液體通過的氣-液分離層。過濾器665具有與第一管道61的內(nèi)部空間的橫截面積相當(dāng)?shù)拿娣e，并且在與鼓風(fēng)裝置51間隔預(yù)定距離的位置安裝在垂直于第一管道61中的氣流的方向上。在第一管道61中過濾器665安裝于鼓風(fēng)裝置51與電池堆10的一個上端之間。過濾器665可以安裝在與電池堆10的一個上端相對應(yīng)的位置。
過濾器665完全地占據(jù)著第一管道61的橫截面積，這樣空氣可以在從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣壓力被一致化的狀態(tài)下通過過濾器665。因此，過濾器665可以減小在第一管道61的橫向產(chǎn)生的氣壓差異。由于當(dāng)從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣在過濾器665前從第一管道61第一部分向第二部分流動時，空氣在橫向上擴散，在鼓風(fēng)裝置51下游在第一管道61的橫向上可能產(chǎn)生壓力差異。從而，在電池堆10的一個上端上安裝于第一管道61中的過濾器665可以暫時地阻擋供給電池堆10上端的空氣，并且使第一管道61橫向上的空氣壓力一致化。流經(jīng)過濾器665的空氣在橫向上壓力被一致化而流入第一管道61第二部分。另外，由于第一管道61第二部分的上壁傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，空氣可以以實質(zhì)上恒定的速度流動。
過濾器665具有預(yù)定的透氣性。換句話說，考慮到從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣壓力、將空氣供給到雙極板16的空氣通道19所需的空氣壓力以及氣流量，過濾器665可以具有適當(dāng)?shù)耐笟庑?。過濾器665的透氣性取決于形成在過濾器665中的氣孔的平均尺寸以及數(shù)量。
過濾器665根據(jù)其中形成的氣孔的平均尺寸而具有預(yù)定的厚度，并可以利用粘合層固定到第一管道61內(nèi)表面上。另外，過濾器665可以牢固地由獨立的支撐裝置667支撐。支撐裝置667被形成為多孔的支撐板，其平均孔尺寸大于過濾器665的平均孔尺寸。過濾器665由支撐板667進行固定和支持。
當(dāng)過濾器665形成為氣-液分離層時，該過濾器665可以由選自聚四氟乙烯(PTFE)以及包含硅樹脂的疏水薄膜中的一種材料制成。另外，過濾器665可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一種或多種材料制成，但并不限于這些材料。在此，過濾器665的材料并不局限于特定材料，相反，各種具有疏水特性的樹脂材料都可以用于制備氣-液分離層。更進一步地，過濾器665可以是單層或者多層結(jié)構(gòu)。當(dāng)過濾器665具有多層結(jié)構(gòu)時，多個由相同或者不同材料制成的聚合物層可以互相層疊在一起。
圖36為例示根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
參照圖36，根據(jù)本發(fā)明的第七實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)700包括電池堆10、用于向電池堆10供給燃料的燃料供給裝置30以及用于向電池堆10供給空氣的空氣供給裝置750。在下面對半被動型燃料電池系統(tǒng)700的說明中，與根據(jù)第一實施方式的半被動型燃料電池系統(tǒng)100相同的部件，采用相同的參照編號，其相關(guān)的詳細說明將被略去。
空氣供給裝置750包括用于吸入和排放空氣的鼓風(fēng)裝置51、將從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣供給到電池堆10上端或下端的管道760以及在與鼓風(fēng)裝置51分開預(yù)定距離的位置安裝于管道760中的過濾器665。
管道760包括形成于電池堆10上端的第一管道761以及形成于電池堆10下端的第二管道771。鼓風(fēng)裝置51安裝在第一管道761或第二管道771的內(nèi)部或外部。管道760的作用是將從安裝在第一個管道761第一部分中的鼓風(fēng)裝置51排出的空氣導(dǎo)向電池堆10上端，并通過空氣通道19供給空氣。雖然在本實施方式中例示了第一管道761安裝于電池堆10上端，第二管道771安裝于電池堆10下端，但是應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)移動通訊終端的用途或設(shè)計，第一管道761可以安裝于電池堆10下端，第二管道771可以安裝于電池堆10上端。
第一管道761可以是中空的盒形結(jié)構(gòu)。第一管道761包括在內(nèi)部或者外部設(shè)置有鼓風(fēng)裝置51的第一部分以及位于電池堆10上端的第二部分。(在此，如圖36所示，第一管道761第一部分相當(dāng)于設(shè)置有鼓風(fēng)裝置51的左側(cè)部分，并從電池堆10上端向外突出，而第一管道761第二部分相當(dāng)于位于電池堆10上端的右側(cè)部分)。可以形成第一管道761，使得第一管道761第一部分具有與鼓風(fēng)裝置51的高度實質(zhì)上相對應(yīng)的高度，并且該鼓風(fēng)裝置51設(shè)置于第一個管道761第一部分中。穿過第一管道761第一部分的上壁形成吸氣口(未表示)(參照圖35)，從而鼓風(fēng)裝置51可以通過吸氣口吸入空氣。吸氣口的面積可以與鼓風(fēng)裝置51的上部面積相當(dāng)。第一管道761第一部分具有一致的高度，以使吸入的空氣可以可靠地向第一管道761第二部分流動。第一管道761一端可以關(guān)閉以防止由鼓風(fēng)裝置51吸入的空氣泄漏到外面。從而，第一管道761促使由鼓風(fēng)裝置51吸入的空氣向第一管道761第二部分供給。
第一管道761第二部分具有與電池堆10上端的面積相當(dāng)?shù)慕孛娣e，并具有預(yù)定的高度，以使第一管道761第二部分可以覆蓋電池堆10的整個上端。與電池堆10上端接觸的第一管道761第二部分的下壁打開，形成供氣口(未表示)(參照圖35)。供氣口可以具有與電池堆10上端相對應(yīng)的輪廓及面積。因此，在第一管道761中，由第一部分中的鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口吸入的空氣被導(dǎo)入到第二部分，并通過供氣口供給到電池堆10的空氣通道19。
第一管道761第二部分可以具有恒定的高度。因此，即使第一管道761第二部分遠離鼓風(fēng)裝置51，第一管道761第二部分也可以具有恒定的截面積。
與第一管道761的情況相似，第二管道771可以是中空的盒形結(jié)構(gòu)。第二管道771安裝于電池堆10下端而覆蓋電池堆10下端。穿過第二管道771的上壁形成空氣接收口(未表示)(參照圖35)，其具有與所述電池堆10下端的面積相當(dāng)?shù)拿娣e。該第二管道771的一端關(guān)閉，而其另一端打開，構(gòu)成排氣口(未表示)(參照圖35)。從而，第二管道771用于將已經(jīng)通過電池堆10的空氣排放到外面。
另外，第二管道771具有恒定的高度。第二管道771為在電池堆10的陰極15反應(yīng)產(chǎn)生的水提供了排放通道。在這種情況下，用于收集水的不同管道可以設(shè)置在第二管道71的另一端。
過濾器665由諸如海綿等空氣可以通過的多孔材料制成。過濾器665可以形成為允許諸如空氣等氣體通過但不允許液體通過的氣-液分離層。過濾器665具有與第一管道761的內(nèi)部空間的橫截面積相當(dāng)?shù)拿娣e，并且在與鼓風(fēng)裝置51分開預(yù)定距離的位置安裝在垂直于第一管道761中的氣流的方向上。在第一管道761中過濾器665安裝于鼓風(fēng)裝置51與電池堆10的一個上端之間。過濾器665可以安裝在與電池堆10的一個上端相對應(yīng)的位置。
過濾器665完全地占據(jù)著第一管道761的橫截面積，這樣空氣可以在從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣壓力被一致化的狀態(tài)下通過過濾器665。因此，過濾器665可以減小在第一管道761的橫向產(chǎn)生的氣壓差異。從而，在電池堆10的一個上端上安裝于第一管道761中的過濾器665可以暫時地阻擋供給電池堆10上端的空氣，并且使第一管道761橫向上的空氣壓力一致化。流經(jīng)過濾器665的空氣在橫向上壓力被一致化而流入第一管道761第二部分。當(dāng)?shù)谝还艿?61第二部分具有恒定的高度時，由于過濾器665減小了供給第一管道761第二部分的空氣壓力，空氣可以均一地被供給到電池堆10上端。
圖37為例示通過圖35所示電池堆的氣流的橫截面視圖。圖38為例示圖35所示電池堆中氣流速度分布的電腦繪圖。
當(dāng)空氣供給裝置650的鼓風(fēng)裝置51運轉(zhuǎn)時，該鼓風(fēng)裝置51通過吸氣口62向下吸入空氣，并且吸入的空氣從鼓風(fēng)裝置51的側(cè)面釋放至第一管道61第二部分。第一管道61的結(jié)構(gòu)允許從鼓風(fēng)裝置51排出的空氣向第一管道61第二部分流動。第一管道61第二部分的上壁61c向下傾斜，以確保相鄰于第一管道61的另一端61b的氣流速度不會降低。過濾器665可以暫時地阻擋第一管道61中的氣流，并且使供給第一管道61第二部分的空氣在第一管道61的橫向上壓力一致。由于第一管道61第二部分的上壁61c是傾斜的，流經(jīng)過濾器665的空氣的氣流速度被一致化。因此，過濾器665使空氣具有恒定的速度而進入雙極板16的空氣通道19，并使進入各空氣通道19中的空氣量均一化。也就是說，如圖37所示，在電池堆10中，空氣速度在第一管道61的橫向上被一致化，并且進入空氣通道19的空氣量也被均一化。如圖38所示的空氣速度分布(亮度分布)表示通過在空氣通道19的下端測量流過空氣通道19的空氣的速度得到的結(jié)果。由于供給到空氣通道19的空氣量與相應(yīng)的空氣通道19的空氣速度和截面積的乘積成比例，通過測量空氣速度，有可能計算出流過空氣通道19的空氣量。在進行數(shù)值分析時，當(dāng)安裝有過濾器665時，在電池堆10下端測量的不同位置的速度偏差為4cm/s，是非常低的。當(dāng)未安裝過濾器665時，不同位置的速度偏差為30cm/s。
已經(jīng)流過第一管道61的空氣流出電池堆10下端，并通過第二管道71的空氣接收口73進入第二管道71。由于雙極板16的空氣通道19呈在垂直方向延伸的直線形，因此可以確保平穩(wěn)的氣流。第二管道71與電池堆10下端相連接，其結(jié)構(gòu)允許從電池堆10進入其中的空氣向第二管道71的另一端71b流動。由于第二管道71的內(nèi)部空間高度從一端71a到另一端71b逐漸增加，從電池堆10進入第二管道71的空氣可以順利地從一端71a流到另一端71b。從一端71a流到另一端71b的空氣通過形成于第二管道71的另一端71b的排氣口72排到外面。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式所述的半被動型燃料電池系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，由于諸如鼓風(fēng)機或者風(fēng)扇等鼓風(fēng)裝置安裝在電池堆上端上方的一側(cè)上，空氣通過與鼓風(fēng)裝置相連接的管道供給到電池堆上端，與直接將空氣從上端供給電池堆的情況相比，本發(fā)明可以均一地向形成于各電池堆的雙極板中的空氣通道供給空氣，而不管這些空氣通道的位置如何。
另外，在一個實施方式中，形成各雙極板的空氣通道，使得空氣通道的截面積隨著其遠離鼓風(fēng)裝置逐漸減小。這樣，即使從鼓風(fēng)裝置輸出的空氣量比較大時，也可以均一地向形成于各電池堆的雙極板中的空氣通道供給空氣，而不管這些空氣通道的位置如何。
更進一步地，在一個實施方式中，空氣調(diào)節(jié)層在上壁傾斜的管道中安裝于電池堆空氣通道的上端。因此，供給到電池堆空氣通道的空氣壓力被一致化，并且可以以均一的流速和氣流量供應(yīng)空氣。
此外，在一個實施方式中，空氣調(diào)節(jié)裝置在電池堆上方的預(yù)定位置安裝于上壁傾斜的管道內(nèi)表面上，以改變管道中的氣流，調(diào)節(jié)供給各雙極板另一端的氣流速度以及空氣量。因此，可以均一地向雙極板的空氣通道供給空氣，而不管這些空氣通道的位置如何。
此外，在一個實施方式中，過濾器在與鼓風(fēng)裝置分開預(yù)定距離的位置安裝在上壁傾斜的管道內(nèi)，以使管道橫向的空氣壓力以及電池堆上端的氣流速度一致化。因此，可以均一地向雙極板的空氣通道供給空氣。
如上所述，僅為本發(fā)明的一些實例而已，因此，凡本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的上述精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半被動型燃料電池系統(tǒng)，包括電池堆、向電池堆供給燃料的裝置以及向電池堆供給空氣的裝置；所述電池堆具有電池堆上端、電池堆下端以及彼此橫向堆積的多個單元電池，每個單元電池包括膜電極組件以及位于膜電極組件兩側(cè)的雙極板，所述膜電極組件具有電解質(zhì)膜、陰極以及陽極，所述電解質(zhì)膜具有電解質(zhì)膜第一側(cè)表面以及電解質(zhì)膜第二側(cè)表面，所述陰極形成于電解質(zhì)膜第一側(cè)表面上，所述陽極形成于電解質(zhì)膜第二側(cè)表面上，每塊雙極板具有雙極板上端以及雙極板下端；其中，每塊雙極板在朝向陰極的表面上都具有空氣通道，該空氣通道從雙極板上端向雙極板下端延伸；并且，所述供給空氣的裝置包括分別安裝在電池堆上端和電池堆下端的管道以及通過管道鼓入空氣的鼓風(fēng)裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述雙極板的空氣通道呈從電池堆上端向電池堆下端延伸的直線形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述管道包括安裝在電池堆上端的第一管道以及安裝在電池堆下端的第二管道，所述第一管道包括第一管道第一部分以及第一管道第二部分；并且，安裝有通過管道鼓入空氣的鼓風(fēng)裝置從第一管道第一部分供給空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道第一部分包括鼓風(fēng)裝置，所述第一管道第二部分完全地覆蓋電池堆上端；并且，在所述鼓風(fēng)裝置的正上方穿過第一管道第一部分的上壁形成有吸氣口，穿過第一管道第二部分的下壁形成有向電池堆供給空氣的供氣口，其具有與電池堆的上端面積相當(dāng)?shù)拿娣e。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道第二部分包括第一管道第二部分左端以及第一管道第二部分右端，所述第一管道第二部分左端最接近于所述鼓風(fēng)裝置；并且，第一管道第二部分的上壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而上壁的高度從第一管道第二部分左端向第一管道第二部分右端逐漸降低。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道第一部分具有與所述鼓風(fēng)裝置的高度實質(zhì)上相當(dāng)?shù)母叨龋徊⑶?，安裝所述鼓風(fēng)裝置，使得其通過吸氣口吸入空氣，并將吸入的空氣供給第一管道第二部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道包括第二管道左端以及第二管道右端；并且，穿過第二管道的上壁形成有用于接收通過電池堆的空氣的空氣接收口，其具有與該電池堆的下端面積相當(dāng)?shù)拿娣e，穿過第二管道右端形成有用于將空氣排到外面的排氣口。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道的下壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而該下壁的高度從第二管道左端向第二管道右端逐漸增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道的下壁以與第一管道的上壁同樣的傾斜角傾斜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述鼓風(fēng)裝置包括鼓風(fēng)機或者風(fēng)扇。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述雙極板具有雙極板第一部分以及雙極板第二部分；并且，形成所述雙極板的空氣通道，使得形成在雙極板第一部分上的空氣通道的截面積不同于形成在雙極板第二部分上的空氣通道。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，形成所述雙極板的空氣通道，使得形成在與鼓風(fēng)裝置最近的雙極板第一部分上的空氣通道的截面積大于形成在雙極板第二部分上的空氣通道的截面積。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，形成所述雙極板的空氣通道，使得空氣通道的截面積從雙極板第一部分向雙極板第二部分逐漸減小。
14.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述供給空氣的裝置進一步包括形成在電池堆上端的、覆蓋包括形成有空氣通道的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域的空氣調(diào)節(jié)層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層與第一管道相連接，占據(jù)著整個供氣口。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層由空氣可以通過的多孔材料構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層由具有微孔的多孔材料構(gòu)成，該微孔的截面積小于所述空氣通道的截面積。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層由選自聚四氟乙烯、硅樹脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種形成為氣-液分離層。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層由擦拭材料或透氣材料構(gòu)成。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層包括空氣可以通過的第一金屬網(wǎng)，該第一金屬網(wǎng)由金屬濾網(wǎng)或者多孔金屬發(fā)泡體構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，形成所述第一金屬網(wǎng)，使得其開口尺寸小于空氣通道的開口尺寸。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一金屬網(wǎng)進一步包括形成于該第一金屬網(wǎng)的一整個表面上的氣-液分離層。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣-液分離層由選自聚四氟乙烯、硅樹脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種形成。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)層進一步包括形成在電池堆下端的第二金屬網(wǎng)，以覆蓋包括形成有空氣通道的區(qū)域在內(nèi)的區(qū)域。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二金屬網(wǎng)允許空氣通過，并由金屬濾網(wǎng)或者多孔金屬發(fā)泡體構(gòu)成。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二金屬網(wǎng)進一步包括形成于該第二金屬網(wǎng)的一整個表面上的氣-液分離層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述氣-液分離層由選自聚四氟乙烯、硅樹脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種形成。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，熱導(dǎo)管與第一金屬網(wǎng)及第二金屬網(wǎng)相連接。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱導(dǎo)管包括在所述第一金屬網(wǎng)的橫向以預(yù)定間隔彼此分隔開的多個棒、桿或板。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱導(dǎo)管呈單板形狀，其寬度與第一金屬網(wǎng)寬度相當(dāng)，并具有預(yù)定厚度。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述熱導(dǎo)管由銅或者鋁金屬制成。
32.根據(jù)權(quán)利要求28所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，在熱導(dǎo)管與電池堆之間形成有電絕緣層。
33.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣供給裝置進一步包括空氣調(diào)節(jié)裝置，其在與鼓風(fēng)裝置分開預(yù)定距離的位置形成于第一管道的內(nèi)表面上；并且，所述空氣調(diào)節(jié)裝置在第一管道的橫向延伸，并向下突出預(yù)定長度。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)裝置形成于第一管道第二部分的縱向的中間部分。
35.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)裝置為突起，該突起與第一管道一體地形成，并在第一管道的上壁向內(nèi)突出。
36.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)裝置由與第一管道第二部分的上壁內(nèi)表面相連的分隔塊形成。
37.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)裝置的截面形狀呈半圓形或三角形。
38.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)裝置的前表面與空氣直接接觸，所述前表面相對于氣流方向呈鈍角或者具有拱形輪廓。
39.根據(jù)權(quán)利要求33所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述空氣調(diào)節(jié)裝置在其安裝位置處具有相當(dāng)于第一管道的內(nèi)部空間高度的30％-70％的突出長度。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料電池系統(tǒng)是直接甲醇燃料電池系統(tǒng)或者聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)。
41.一種半被動型燃料電池系統(tǒng)，包括電池堆、向電池堆供給燃料的裝置以及向電池堆供給空氣的裝置；所述電池堆具有電池堆上端、電池堆下端以及彼此橫向堆積的多個單元電池，每個單元電池包括膜電極組件以及位于膜電極組件兩側(cè)的雙極板，所述膜電極組件具有電解質(zhì)膜、陰極以及陽極，所述電解質(zhì)膜具有電解質(zhì)膜第一例表面以及電解質(zhì)膜第二側(cè)表面，所述陰極形成于電解質(zhì)膜第一側(cè)表面上，所述陽極形成于電解質(zhì)膜第二側(cè)表面上，每塊雙極板具有雙極板上端以及雙極板下端；其中，每塊雙極板在朝向陰極的表面上都具有空氣通道，該空氣通道從雙極板上端向雙極板下端延伸；所述供給空氣的裝置包括安裝在電池堆上端的第一管道、安裝在電池堆下端的第二管道、通過第一管道和第二管道鼓入空氣的鼓風(fēng)裝置以及在第一管道中設(shè)置于鼓風(fēng)裝置與電池堆上端之間的過濾器；并且，所述鼓風(fēng)裝置安裝在第一管道中。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述雙極板的空氣通道呈從電池堆上端向電池堆下端延伸的直線形。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道包括第一管道第一部分以及第一管道第二部分；并且，安裝有鼓風(fēng)裝置將空氣從第一管道第一部分供給到第一管道第二部分。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道第一部分包括鼓風(fēng)裝置，所述第一管道第二部分完全地覆蓋電池堆上端；并且，在所述鼓風(fēng)裝置的正上方穿過第一管道第一部分的上壁形成有吸氣口，穿過第一管道第二部分的下壁形成有向電池堆供給空氣的供氣口，其具有與電池堆的上端面積相當(dāng)?shù)拿娣e。
45.根據(jù)權(quán)利要求43所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道第二部分包括第一管道第二部分左端以及第一管道第二部分右端；并且，第一管道第二部分的上壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而上壁的高度從第一管道第二部分左端向第一管道第二部分右端逐漸降低。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述過濾器具有與第一管道的內(nèi)部空間的橫截面積相當(dāng)?shù)拿娣e，并被安裝在垂直于氣流的方向上。
47.根據(jù)權(quán)利要求45所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述過濾器安裝在與所述電池堆的一端相對應(yīng)的位置。
48.根據(jù)權(quán)利要求45所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述過濾器由空氣可以通過的多孔材料構(gòu)成。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述過濾器由選自聚四氟乙烯、硅樹脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚對苯二甲酸乙二醇酯中的一種構(gòu)成。
50.根據(jù)權(quán)利要求45所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述過濾器由安裝在第一管道中的支撐板支撐。
51.根據(jù)權(quán)利要求53所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道包括第二管道左端以及第二管道右端；并且，穿過第二管道的上壁形成有用于接收通過電池堆的空氣的空氣接收口，其具有與該電池堆的下端面積相當(dāng)?shù)拿娣e，穿過第二管道右端形成有用于將空氣排到外面的排氣口。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道的下壁向下傾斜而具有預(yù)定的傾斜角，從而該下壁的高度從第二管道左端向第二管道右端逐漸增加。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道的下壁以與第一管道的上壁同樣的傾斜角傾斜。
54.根據(jù)權(quán)利要求43所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第一管道第二部分的上壁具有一致的高度。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述第二管道的下壁具有一致的高度。
56.根據(jù)權(quán)利要求41所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述鼓風(fēng)裝置包括鼓風(fēng)機或者風(fēng)扇。
57.根據(jù)權(quán)利要求41所述的燃料電池系統(tǒng)，其中，所述燃料電池系統(tǒng)是直接甲醇燃料電池系統(tǒng)或聚合物電解質(zhì)膜燃料電池系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半被動型燃料電池系統(tǒng)。一種由多個彼此橫向堆積的單元電池構(gòu)成的電池堆被設(shè)置。每個單元電池包括膜電極組件以及位于膜電極組件兩側(cè)的雙極板。所述膜電極組件包括電解質(zhì)膜、陰極以及陽極。所述陰極與陽極分別位于電解質(zhì)膜的兩側(cè)。另外，設(shè)置了供給燃料的裝置以及供給空氣的裝置。每塊雙極板在朝向陰極的表面上都具有空氣通道，該空氣通道從雙極板上端向雙極板下端延伸。所述供給空氣的裝置包括分別安裝在電池堆上端和電池堆下端的管道以及通過管道鼓入空氣的鼓風(fēng)裝置。
文檔編號H01M8/24GK1953254SQ20061015282
公開日2007年4月25日 申請日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者羅永承, 徐晙源, 申政燮 申請人:三星Sdi株式會社