CN101527365B

CN101527365B - 燃料电池系统

Info

Publication number: CN101527365B
Application number: CN2008100821898A
Authority: CN
Inventors: 黄金树; 李璟柏; 王正
Original assignee: Young Green Energy Co
Current assignee: Young Green Energy Co
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2028-03-07
Also published as: CN101527365A

Abstract

一种燃料电池系统，其包括第一气流产生器、第一燃料电池模组、第二气流产生器以及第二燃料电池模组。第一气流产生器适用于提供第一气流，该气流流过第一燃料电池模组。第二气流产生器适用于提供第二气流，该气流流过第二燃料电池模组。离开第一燃料电池模组的第一气流与进入第二燃料电池模组之前的第二气流进行热交换，并且离开第二燃料电池模组的第二气流与进入第一燃料电池模组之前的第一气流进行热交换。

Description

燃料电池系统

技术领域

本发明涉及一种电池系统，并且特别涉及一种燃料电池系统。

背景技术

随着科技的进步，传统能源如煤、石油及天然气的消耗量持续提高。由于传统能源的储量有限，所以目前各国都在研发新的替代能源以取代传统能源，而燃料电池便是一种重要并且具实用价值的选择。

简单地说，燃料电池基本上是一种利用水电解的逆反应来将化学能转换成电能的发电装置。目前常见的燃料电池有磷酸型燃料电池(phosphate fuel cell，PAFC)、固态氧化物型燃料电池(solid oxide fuelcell，SOFC)或质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuelcell，PEMFC)。

以质子交换膜燃料电池为例，质子交换膜燃料电池包括第一燃料(例如为甲醇水溶夜)、第二燃料(例如为氧气)、质子交换膜以及位于质子交换膜两侧的阴极(cathode)与阳极(anode)。上述质子交换膜燃料电池的反应式如下：

阳极：CH₃OH+H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-

阴极：3/2O₂+6H⁺+6e^-→3H₂O

总反应：CH₃OH+3/2O₂→CO₂+2H₂O

由以上反应式可知，燃料电池反应时，需提供足够的氧气至阴极。此外，若燃料电池反应时的温度越高，则反应效率越好。

图1示出了公知的一种燃料电池系统的俯视示意图。请参考图1，公知的燃料电池系统100包括第一燃料电池模组(fuel cell module)110、第二燃料电池模组120、第一鼓风机(blower)130、第二鼓风机140、第三鼓风机150与冷凝器(condenser)160。第一鼓风机130 提供流过第一燃料电池模组110的第一气流(airflow)132，以提供给第一燃料电池模组110的阴极(未示出)足够的空气。第二鼓风机140提供流过第二燃料电池模组120的第二气流142，以提供给第二燃料电池模组120的阴极(未示出)足够的空气。

离开第一燃料电池模组110并且温度较高的第一气流132与离开第二燃料电池模组120并且温度较高的第二气流142流过冷凝器160。此时，第三鼓风机150提供温度较低的第三气流152，并且第三气流152流过冷凝器160，使得第一气流132与第二气流142的温度降低，造成第一气流132与第二气流142中的部分水蒸气凝结成液态水，以实现水回收(water recovery)的目的，并且回收的水可用于发生在阳极处的化学反应。然而，第一气流132与第二气流142会分别降低第一燃料电池模组110反应时的温度与第二燃料电池模组120反应时的温度，使得第一燃料电池模组110的反应速率(reaction rate)与第二燃料电池模组120的反应速率降低。

发明内容

本发明的实施例提出一种燃料电池系统，其燃料电池模组的反应速率较佳。

本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。

为实现上述部份目的或全部目的或其他目的，本发明的实施例提供一种燃料电池系统，其包括第一气流产生器(airflow generator)、第一燃料电池模组、第二气流产生器和第二燃料电池模组。第一气流产生器适用于提供第一气流，并且具有第一入风处(air inlet)和第一出风处(air outlet)。第一燃料电池模组具有第二入风处和第二出风处。第一气流依次流过第一入风处、第一气流产生器的内部、第一出风处、第二入风处、第一燃料电池模组的内部以及第二出风处。第二气流产生器适用于提供第二气流，并且具有第三入风处和第三出风处。第二燃料电池模组具有第四入风处和第四出风处。第二气流依次流过第三入风处、第二气流产生器的内部、第三出风处、第四入风处、第二燃料电池模组的内部以及第四出风处。离开第一燃料电池模组的第一气流与进入第二燃料电池模组之前的第二气流进行热交换(heatexchange)，并且离开第二燃料电池模组的第二气流与进入第一燃料电池模组之前的第一气流进行热交换。

由于离开第一燃料电池模组的第一气流与进入第二燃料电池模组之前的第二气流进行热交换，并且离开第二燃料电池模组的第二气流与进入第一燃料电池模组之前的第一气流进行热交换，所以进入第一燃料电池模组之前的第一气流的温度与进入第二燃料电池模组之前的第二气流的温度可被升高。因此，第一气流和第二气流分别流过第一燃料电池模组和第二燃料电池模组时，可以有效地提高第一燃料电池模组的反应速率和第二燃料电池模组的反应速率。

附图说明

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文列举了(多个)实施例，并结合附图，进行详细说明，其中：

图1示出了一种公知的燃料电池系统的俯视示意图；

图2示出了本发明第一实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图；

图3示出了本发明第二实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图；

图4A示出了本发明第三实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图；

图4B示出了图4A的燃料电池系统的侧视示意图；

图5A示出了本发明第四实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图；

图5B示出了图5A的燃料电池系统的侧视示意图；

图6示出了本发明第五实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图。

具体实施方式

下列各实施例参考附图来进行说明，以举例说明本发明可以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而非用来限制本发明的。

[第一实施例]

图2示出了本发明第一实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图。请参考图2，本实施例的燃料电池系统300可应用于例如笔记本电脑(未示出)或其他电子装置。燃料电池系统300包括第一气流产生器310、第一燃料电池模组320、第二气流产生器330以及第二燃料电池模组340。第一气流产生器310例如为鼓风机(blower)或轴流扇(axial fan)，并且第二气流产生器330例如为鼓风机或轴流扇。

第一气流产生器310适用于提供第一气流312，并且第一气流产生器310具有第一入风处314和第一出风处316。第一燃料电池模组320具有第二入风处322和第二出风处324。第一气流312依次流过第一入风处314、第一气流产生器310的内部、第一出风处316、第二入风处322、第一燃料电池模组320的内部以及第二出风处324。

换句话说，当第一气流产生器310运作时，第一气流312经过第一入风处314，进入第一气流产生器310的内部。第一气流312被第一气流产生器310的多个扇叶(未示出)加压后，经由第一出风处316，离开第一气流产生器310。接着，第一气流312流过第一燃料电池模组320的内部，以提供给第一燃料电池模组320的阴极(未示出)足够的空气。

第二气流产生器330适用于提供第二气流332，并且第二气流产生器330具有第三入风处334和第三出风处336。第二燃料电池模组340具有第四入风处342和第四出风处344。第二气流332依次流过第三入风处334、第二气流产生器330的内部、第三出风处336、第四入风处342、第二燃料电池模组340的内部以及第四出风处344。

换句话说，当第二气流产生器330运作时，第二气流332经过第三入风处334，进入第二气流产生器330的内部。第二气流332被第二气流产生器330的多个扇叶(未示出)加压后，经由第三出风处336，离开第二气流产生器330。接着，第二气流332流过第二燃料电池模组340的内部，以提供给第二燃料电池模组340的阴极(未示出)足够的空气。

在此必须说明得是，离开第一燃料电池模组320的第一气流312与进入第二燃料电池模组340之前的第二气流332进行热交换。即，离开第一燃料电池模组320并且温度较高的第一气流312将热传递至进入第二燃料电池模组340之前并且温度较低的第二气流332，以实现热回收(heat recovery)的目的。此外，离开第二燃料电池模组340的第二气流332与进入第一燃料电池模组320之前的第一气流312进行热交换。即，离开第二燃料电池模组340并且温度较高的第二气流332将热传递至进入第一燃料电池模组320之前并且温度较低的第二气流332，以实现热回收的目的。

由上述可知，进入第一燃料电池模组320之前的第一气流312的温度与进入第二燃料电池模组340之前的第二气流332的温度可被升高。因此，与公知技术相较，本实施例的第一气流312与第二气流332分别流过第一燃料电池模组320与第二燃料电池模组340时，可以有效地提高第一燃料电池模组320的反应速率与第二燃料电池模组340的反应速率。

在本实施例中，燃料电池系统300还包括第一导风管350、第二导风管360、第三导风管370以及第四导风管380。第一导风管350的两端分别邻近第一出风处316和第二入风处322，并且进入第一燃料电池模组320之前的第一气流312流过第一导风管350。第二导风管360邻近第二出风处324，并且离开第一燃料电池模组320的第一气流312流过第二导风管360。必须说明的是，在本实施例中，第一导风管350连接第一出风处316和第二入风处322，并且第二导风管360连接第二出风处324。

第三导风管370的两端分别邻近第三出风处336与第四入风处342，并且进入第二燃料电池模组340之前的第二气流332流过第三导风管370。第四导风管380邻近第四出风处344，并且离开第二燃料电池模组340的第二气流332流过第四导风管380。在本实施例中，第三导风管370连接第三出风处336与第四入风处342，并且第四导风管380连接第四出风处344。此外，第二导风管360导热性地连接至第三导风管370，并且第一导风管350导热性地连接至第四导风管380。

在本实施例中，燃料电池系统300还包括至少一个第一导热件392(图2示意性地示出了多个)与至少一个第二导热件394(图2示意性地示出了多个)。各个第一导热件392例如为鳍片(fin)，并且各个第二导热件394例如为鳍片。各个第一导热件392的一端穿过第一导风管350的管壁352并且延伸至第一导风管350内，并且各个第一导热件392的另一端穿过第四导风管380的管壁382并且延伸至第四导风管380内，使得各个第一导热件392导热性地连接至第一导风管350与第四导风管380。

此外，各个第二导热件394的一端穿过第二导风管360的管壁362并且延伸至第二导风管360内，并且第二导热件394的另一端穿过第三导风管370的管壁372并且延伸至第三导风管370内，使得各个第二导热件394导热性地连接至第二导风管360与第三导风管370。

在此必须说明的是，离开第二燃料电池模组340的第二气流332经过这些第一导热件392时，第二气流332的温度会降低，造成第二气流332中的部分水蒸气凝结成液态水。第四导风管380可设计为呈现倾斜状态，使得液态水沿着重力方向流动至水回收装置(water-recovery apparatus)(未示出)。此外，液态水经过回收后可用于发生在第二燃料电池模组340的阳极(未示出)处的化学反应。同理，离开第一燃料电池模组320的第一气流312经过这些第二导热件394时，第一气流312中的部分水蒸气也会凝结成液态水而可被回收利用。

值得注意的是，燃料电池系统300可省略这些第一导热件392与这些第二导热件394的配置。第二导风管360与第三导风管370接触，使得第二导风管360导热性地连接至第三导风管370。第一导风管350与第四导风管380接触，使得第一导风管350导热性地连接至第四导风管380。然而，上述情形并未以图面示出。

[第二实施例]

图3示出本发明第二实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图。请参考图3，本实施例的燃料电池系统400与第一实施例的燃料电池系统300的主要不同的处在于，燃料电池系统400的第一导热件492为热管，并且第二导热件494为热管。诸如热管的第一导热件492(或诸如热管的第二导热件494)具有高比热或易挥发的流体(未示出)，此流体可于液态与气态二相的间变化，以提高第一导热件492(或第二导热件494)的热传递效率。

在本实施例中，第一导热件492位于第一导风管450和第四导风管480外，并且第一导热件492的两端分别接触第一导风管450的管壁452和第四导风管480的管壁482。第二导热件494位于第二导风管460和第三导风管470外，并且第二导热件494的两端分别接触第二导风管460的管壁462和第三导风管470的管壁472。

必须说明的是，诸如热管的第一导热件492还可以穿过第一导风管450的管壁452和第四导风管480的管壁482，使得第一导热件492的两端分别位于第一导风管450内和第四导风管480内。诸如热管的第二导热件494还可以穿过第二导风管460的管壁462与第三导风管470的管壁472，使得第二导热件494的两端分别位于第二导风管460内与第三导风管470内。然而，上述情形并未以图面示出。

[第三实施例]

图4A示出本发明第三实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图，图4B示出图4A的燃料电池系统的侧视示意图。请参考图4A与图4B，本实施例的燃料电池系统500与第一实施例的燃料电池系统300的主要不同之处在于，燃料电池系统500可省略这些第一导热件392(见图2)和这些第二导热件394(见图2)的配置。此外，在本实施例中，进入第一气流产生器510之前的第一气流512与第四导风管580进行热交换，并且进入第二气流产生器530之前的第二气流532与第二导风管560进行热交换。

具体地说，当本实施例的燃料电池系统500配置在电子装置(例如为笔记本电脑，但未完整示出)的壳体50内时，壳体50可具有第一开口(opening)52和第二开口54，其位置分别对应第四导风管580和第二导风管560，使得第一气流512和第二气流532分别流过第一开口52和第二开口54，从而分别与第四导风管580以及第二导风管560进行热交换。

[第四实施例]

图5A示出本发明第四实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图，图5B示出图5A的燃料电池系统的侧视示意图。请参考图5A与图5B，本实施例的燃料电池系统600与第三实施例的燃料电池系统500的主要不同之处在于，燃料电池系统600还包括至少一个第一导热件692(图5A与图5B分别示意性地示出了多个)与至少一个第二导热件694(图5A与图5B分别示意性地示出了多个)。各个第一导热件692例如为导热针(pin)，并且各个第二导热件694例如为导热针。

此外，各个第一导热件692的一端邻近第一气流产生器610的第一入风处614，并且各个第一导热件692的另一端穿过第四导风管680的管壁682并且延伸至第四导风管680内。各个第二导热件694的一端邻近第二气流产生器630的第三入风处634，并且各个第二导热件694的另一端穿过第二导风管660的管壁662并且延伸至第二导风管660内。此外，进入第一气流产生器610之前的第一气流612与这些第一导热件692以及第四导风管680进行热交换，并且进入第二气流产生器630之前的第二气流632与这些第二导热件694以及第二导风管660进行热交换。

[第五实施例]

图6示出本发明第五实施例的一种燃料电池系统的俯视示意图。请参考图6，本实施例与上述这些实施例的主要不同之处在于，本实施例的燃料电池系统700还包括第一导风罩750与第二导风罩760。第一导风罩750邻近第一燃料电池模组720的第二入风处722和第二燃料电池模组740的第四出风处744。在本实施例中，第一导风罩750例如连接第一燃料电池模组720的第二入风处722与第二燃料电池模组740的第四出风处744。

第一导风罩750具有第一导热间隔件752。第一导热间隔件752在第一导风罩750内分隔出第一流道754和第二流道756。在本实施例中，第一气流产生器710配置在第一导风罩750内并且位于第一流道754上，并且第一气流产生器710的第一入风处714暴露在外。

第二导风罩760邻近第二燃料电池模组740的第四入风处742和第一燃料电池模组720的第二出风处724。在本实施例中，第二导风罩760例如连接第二燃料电池模组740的第四入风处742和第一燃料电池模组720的第二出风处724。

第二导风罩760具有第二导热间隔件762。第二导热间隔件762在第二导风罩760内分隔出第三流道764与第四流道766。在本实施例中，第二气流产生器730配置在第二导风罩760内并且位于第三流道764上，并且第二气流产生器730的第三入风处734暴露在外。

进一步说，第一气流产生器710提供的第一气流712经过第一流道754，进入第一燃料电池模组720，并且离开第一燃料电池模组720后经过第四流道766，从而排出燃料电池系统700。第二气流产生器730提供的第二气流732经过第三流道764，进入第二燃料电池模组740，并且离开第二燃料电池模组740后经过第二流道756从而排出燃料电池系统700。

综上所述，本发明的上述实施例的燃料电池系统具有下列部分或全部的优点：

一、由于离开第一燃料电池模组的第一气流与进入第二燃料电池模组之前的第二气流进行热交换，并且离开第二燃料电池模组的第二气流与进入第一燃料电池模组之前的第一气流进行热交换，所以进入第一燃料电池模组之前的第一气流的温度与进入第二燃料电池模组之前的第二气流的温度可以被升高。因此，第一气流与第二气流分别流过第一燃料电池模组与第二燃料电池模组时，可以有效地提高第一燃料电池模组的反应速率与第二燃料电池模组的反应速率。

二、由于离开第一燃料电池模组的第一气流与进入第二燃料电池模组之前的第二气流进行热交换，并且离开第二燃料电池模组的第二气流与进入第一燃料电池模组之前的第一气流进行热交换，所以离开第一燃料电池模组的第一气流与离开第二燃料电池模组的第二气流中的部分水蒸气凝结成水，所以可达到水回收的目的。

虽然已通过以上实施例来公开本发明，然而该公开并非用于限制本发明，具有本领域普通知识的任何技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种改变和修改，因此本发明的保护范围以所附的权利要求所定义的为准。另外本发明的任一实施例或权利要求不必实现本发明所公开的全部目的、优点或特点。此外，摘要部分和标题仅用于辅助专利文件的搜索，并非用于限制本发明的权利范围。

Claims

1. 一种燃料电池系统，包括：

第一气流产生器，适用于提供第一气流并且具有第一入风处与第一出风处；

第一燃料电池模组，其具有第二入风处与第二出风处，其中所述第一气流依次流过所述第一入风处、所述第一气流产生器的内部、所述第一出风处、所述第二入风处、所述第一燃料电池模组的内部以及所述第二出风处；

第二气流产生器，适用于提供第二气流并且具有第三入风处和第三出风处；以及

第二燃料电池模组，其具有第四入风处和第四出风处，其中所述第二气流依次流过所述第三入风处、所述第二气流产生器的内部、所述第三出风处、所述第四入风处、所述第二燃料电池模组的内部以及所述第四出风处，离开所述第一燃料电池模组的所述第一气流与进入所述第二燃料电池模组之前的所述第二气流进行热交换，并且离开所述第二燃料电池模组的所述第二气流与进入所述第一燃料电池模组之前的所述第一气流进行热交换。

2. 如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括：

第一导风管，其中所述第一导风管的两端分别邻近所述第一出风处与所述第二入风处，并且进入所述第一燃料电池模组之前的所述第一气流流过所述第一导风管；

第二导风管，邻近所述第二出风处，其中离开所述第一燃料电池模组的所述第一气流流过所述第二导风管；

第三导风管，其中所述第三导风管的两端分别邻近所述第三出风处和所述第四入风处，并且进入所述第二燃料电池模组之前的所述第二气流流过所述第三导风管；以及

第四导风管，邻近所述第四出风处，其中离开所述第二燃料电池模组的所述第二气流流过所述第四导风管。

3. 如权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述第一导风管连接所述第一出风处和所述第二入风处，所述第二导风管连接所述第二出风处，所述第三导风管连接所述第三出风处与所述第四入风处，并且所述第四导风管连接所述第四出风处。

4. 如权利要求2所述的燃料电池系统，其中所述第二导风管导热性地连接至所述第三导风管，所述第一导风管导热性地连接至所述第四导风管。

5. 如权利要求4所述的燃料电池系统，还包括：

至少一个第一导热件，其导热性地连接至所述第一导风管与所述第四导风管；以及

至少一个第二导热件，其导热性地连接至所述第二导风管与所述第三导风管。

6. 如权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述第一导热件的一端穿过所述第一导风管的管壁并且延伸至所述第一导风管内，所述第一导热件的另一端穿过所述第四导风管的管壁并且延伸至所述第四导风管内，所述第二导热件的一端穿过所述第二导风管的管壁并且延伸至所述第二导风管内，并且所述第二导热件的另一端穿过所述第三导风管的管壁并且延伸至所述第三导风管内。

7. 如权利要求5所述的燃料电池系统，其中所述第一导热件位于所述第一导风管和所述第四导风管外，所述第一导热件的两端分别接触所述第一导风管的管壁和所述第四导风管的管壁，所述第二导热件位于所述第二导风管和所述第三导风管外，并且所述第二导热件的两端分别接触所述第二导风管的管壁和所述第三导风管的管壁。

8. 如权利要求4所述的燃料电池系统，其中所述第二导风管接触所述第三导风管，并且所述第一导风管接触所述第四导风管。

9. 如权利要求2所述的燃料电池系统，其中进入所述第一气流产生器之前的所述第一气流与所述第四导风管进行热交换，并且进入所述第二气流产生器之前的所述第二气流与所述第二导风管进行热交换。

10. 如权利要求9所述的燃料电池系统，还包括：

至少一个第一导热件，其中所述第一导热件的一端邻近所述第一入风处，并且所述第一导热件的另一端穿过所述第四导风管的管壁并且延伸至所述第四导风管内；以及

至少一个第二导热件，其中所述第二导热件的一端邻近所述第三入风处，并且所述第二导热件的另一端穿过所述第二导风管的管壁并且延伸至所述第二导风管内。

11. 如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括：

第一导风罩，其邻近所述第二入风处和所述第四出风处并且具有第一导热间隔件，其中所述第一导热间隔件在所述第一导风罩内分隔出第一流道与第二流道，所述第一气流经过所述第一流道进入所述第一燃料电池模组，并且离开所述第二燃料电池模组的所述第二气流经过所述第二流道；以及

第二导风罩，其邻近所述第四入风处和所述第二出风处并且具有第二导热间隔件，其中所述第二导热间隔件于所述第二导风罩内分隔出第三流道与第四流道，所述第二气流经过所述第三流道进入所述第二燃料电池模组，并且离开所述第一燃料电池模组的所述第一气流经过所述第四流道。

12. 如权利要求11所述的燃料电池系统，其中所述第一导风罩连接所述第二入风处和所述第四出风处，并且所述第二导风罩连接所述第四入风处和所述第二出风处。