CN102214833A - 湿气交换器和燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种湿气交换器和燃料电池堆。燃料电池系统包括燃料电池堆、向燃料电池堆供应燃料的燃料供应器以及向燃料电池堆供应氧化剂的氧化剂供应器。该燃料电池堆包括第一端板、湿气交换器、电产生器和第二端板。湿气交换器包括干燥的供应氧化剂流动的第一区域、湿润的排放燃料流动的第二区域以及湿润的排放氧化剂流动的第三区域，第一区域利用湿气交换层与第二和第三区域交换湿气。

Description

湿气交换器和燃料电池堆

技术领域

本发明涉及一种燃料电池系统。

背景技术

燃料电池系统通常包括燃料电池堆，燃料电池堆利用燃料(碳氢基燃料、纯氢、或富氢重整气体)和氧化剂(空气或纯氧)的电化学反应来产生电能。直接氧化型燃料电池使用液体或气体碳氢基燃料，聚合物电解质型燃料电池使用纯氢或富氢重整气体(reformed gas rich in hydrogen)。

燃料电池堆包括多个膜电极组件(MEA)和位于每个相邻MEA之间的隔板(separator)。

MEA包括电解质膜、形成在电解质膜一侧的阳极以及形成在电解质膜另一侧的阴极。隔板在面对阳极的一侧形成燃料通道以供应燃料到阳极，在面对阴极的一侧形成氧化剂通道以供应氧化剂到阴极。

大的家用燃料电池系统配备有用于燃料增湿的增湿器件和用于氧化剂增湿的增湿器件以控制供应到燃料电池堆的燃料或氧化剂的湿度。然而，在此情形下，水应当持续地供应到增湿器件并且需要加热器和各种传感器用于温度控制，从而增加了燃料电池系统的体积和需要的部件数。

用于交通工具的移动燃料电池系统可包括重整器作为氢产生器件。在此情形下，大量湿气被包括在燃料中从而需要湿气控制器件以持续去除恒定量的水，还需要冷却器件和各种传感器以用于湿气控制，从而燃料电池系统的体积增加并且部件数也增加。

本背景技术部分公开的以上信息仅用于增强对本发明的背景的理解，因此它可以包含不形成该国本领域技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的实施例提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统通过不需要额外的器件(诸如增湿器件或湿气控制器件)能供应包含湿气的氧化剂到燃料电池堆而具有简化的构造，还最小化了体积扩张和部件数。

在一实施例中，提供一种湿气交换器，该湿气交换器包括：第一板、第三板、以及在第一板与第三板之间的第二板；第一湿气交换层，在第一板与第二板之间，形成在第一板与第一湿气交换层之间的第二区域(第一流动路径)以用于接收和输出第一燃料(排放燃料)；以及第二湿气交换层，在第二板和第三板之间，形成在第三板与第二湿气交换层之间的第三区域(第四流动路径)以用于接收和输出第二氧化剂(排放氧化剂)，其中用于接收和输出第一氧化剂(供应氧化剂)的第一区域(第二和第三流动路径)在第一湿气交换层与第二湿气交换层之间。

在一实施例中，第一燃料包括经过燃料电池堆的电发生器的燃料，第二氧化剂包括经过电发生器的氧化剂，第一氧化剂包括由氧化剂供应器供应的氧化剂。此外，第一湿气交换层配置来从第一燃料吸收湿气并将来自第一燃料的湿气供应到第一氧化剂，第二湿气交换层配置来从第二氧化剂吸收湿气并将来自第二氧化剂的湿气供应到第一氧化剂。

在一实施例中，第一、第二和第三区域中的至少一个具有位于其上的多个突起，这样的突起可以是矩形形状的并可以布置成矩阵。此外，第一和第二湿气交换层中的至少一个可以包括磺化四氟乙烯共聚物或具有微孔的多孔膜。

在一实施例中，第一区域包括在第一湿气交换层和第二板之间的流动路径以及在第二湿气交换层和第二板之间的另一流动路径，其中第二板具有连接流动路径的开口。另外，第一板可以具有用于接收第一氧化剂的开口(第一氧化剂开口)，第三板可以具有用于将第一氧化剂供应到燃料电池堆的电产生器的开口(第一氧化剂开口)。此外，第二板可以具有第一槽(第一氧化剂槽)和第二槽(第二氧化剂槽)，该第一槽在面对第一湿气交换层的第一侧在对应于开口的位置，该第二槽在面对第二湿气交换层的第二侧在对应于开口的位置。

在一实施例中，第一湿气交换层和第二湿气交换层中的每个具有与所述开口以及第一和第二槽对准的开口。此外，第一板可以具有在基本彼此对角的各自角部的槽和燃料开口(第三燃料开口)，其中第二区域配置来在槽处接收第一燃料并通过燃料开口输出第一燃料。在一实施例中，第一湿气交换层、第二板、第二湿气交换层和第三板每个具有与所述槽对准的开口。

在一实施例中，第一、第二和第三板以及第一和第二湿气交换层每个具有彼此对准的开口，用于使从燃料供应器接收的第二燃料经过。

在一实施例中，提供一种燃料电池堆，该燃料电池堆包括：第一端板；邻近第一端板的湿气交换器，用于接收燃料(排放燃料)、第一氧化剂(供应氧化剂)和第二氧化剂(排放氧化剂)，并将来自燃料和第二氧化剂的湿气传输到第一氧化剂；第二端板；以及电产生器，在第二端板与湿气交换器之间以用于接收已在湿气交换器中被湿润的第一氧化剂。

在实施例中，湿气交换器在电产生器与第一端板之间，或者第一端板在电产生器与湿气交换器之间。

附图说明

图1是根据本发明一示范性实施例的燃料电池系统的示意图。

图2是图1的燃料电池系统的第一端板的俯视图。

图3是图1的燃料电池系统的湿气交换器的示意图。

图4是图1的燃料电池系统的燃料电池堆的分解透视图。

图5是图4的湿气交换器的分解透视图。

图6是沿图5的线I-I截取的第一板的横截面图。

图7是沿图5的线II-II截取的第二板的横截面图。

图8是沿图5的线III-III截取的第三板的横截面图。

图9是图4的燃料电池堆的电产生器和第二端板的分解透视图。

图10是图9的电产生器的膜电极组件的局部放大横截面图。

图11是根据本发明第二示范性实施例的燃料电池系统的示意图。

具体实施方式

在下文将参照附图更全面地描述本发明，本发明的示范性实施例在附图中示出。如本领域技术人员将理解地，所述的实施例可以以各种不同的方式修改，而都不背离本发明的精神或范围。

图1示出根据本发明第一示范性实施例的燃料电池系统的示意图。

参照图1，根据第一示范性实施例的燃料电池系统100包括燃料电池堆30、供应燃料到燃料电池堆30的燃料供应器10以及供应氧化剂到燃料电池堆30的氧化剂供应器20。

燃料是以液态或气态存在的碳氢基燃料(hydrocarbon-based fuel)，诸如甲醇、乙醇、液化天然气、汽油和丁烷气体，氧化剂是外部空气或氧气。燃料电池系统100可以形成为直接使用碳氢基燃料的直接氧化型。

燃料供应器10包括存储液体或气体燃料的燃料罐11、将燃料罐11连接到燃料电池堆30的燃料供应管12、以及连接到燃料罐11的燃料泵13。燃料泵13用泵力排出存储在燃料罐11中的燃料以通过燃料供应管12将燃料供应到燃料电池堆30。

氧化剂供应器20包括连接到燃料电池堆30的氧化剂供应管21和安装在氧化剂供应管21中的氧化剂泵22。氧化剂泵22用泵力吸取外部空气以将氧化剂通过氧化剂供应管21供应到燃料电池堆30。在该情况下，控制阀可以安装在氧化剂供应管21中以控制氧化剂的供应。

燃料电池堆30包括第一端板31、湿气交换器40、由多个膜电极组件(MEA)和多个隔板形成的电产生器50、以及第二端板32。湿气交换器40可以位于第一端板31和电产生器50之间，或者可以位于第一端板31以外。图1示范地示出湿气交换器40位于第一端板31和电产生器50之间。

图2是图1的燃料电池系统的第一端板的俯视图。

参照图1和图2，连接到燃料供应管12的燃料入口33、连接到氧化剂供应管21的氧化剂入口34、以及分别用于将经过电产生器50的未反应的燃料和未反应的氧化剂排出的燃料出口35和氧化剂出口36形成在第一端板31中。形成在第一端板31中的燃料入口33、氧化剂入口34、燃料出口35和氧化剂出口36的形状和位置不限于示出和描述的那些，而是可以根据需要修改。

由于燃料电池系统100不具有单独的增湿器件，所以供应到氧化剂入口34的氧化剂(外部空气)是干燥的(没有或者具有较低的湿气含量)，但是已经经过电产生器50的未反应的氧化剂和未反应的燃料包括较大量的湿气。为了方便起见，供应到氧化剂入口34的氧化剂和供应到燃料入口33的燃料分别称为供应氧化剂和供应燃料，已经经过电产生器50的未反应氧化剂和未反应燃料分别称为排放氧化剂和排放燃料。

湿气交换器40使干燥的供应氧化剂和湿润的排放氧化剂进行湿气交换，同时使干燥的供应氧化剂和湿润的排放燃料进行湿气交换。也就是说，湿气交换器40将包括在排放氧化剂和排放燃料中的湿气移动到干燥的供应氧化剂从而以预定的湿度湿润供应到电产生器50的氧化剂。

图3示出图1的燃料电池系统的湿气交换器的示意图。

参照图3，湿气交换器40包括形成第一流动路径C10的第一板41、形成彼此连接的第二流动路径C20和第三流动路径C30的第二板42、形成第四流动路径C40的第三板43、位于第一和第二流动路径C10和C20之间的第一湿气交换层44、以及位于第三和第四流动路径C30和C40之间的第二湿气交换层45。

第一流动路径C10和第四流动路径C40是与其他流动路径分隔开的独立流动路径。第二流动路径C20和第三流动路径C30仅彼此连接且与第一和第四流动路径C10和C40分隔开。第二板42可在其一侧形成第二流动路径C20并可在另一侧形成第三流动路径C30。此外，第二板42可以通过形成贯穿孔(开口)421而连接第二流动路径C20和第三流动路径C30。

湿润的排放氧化剂流过第一流动路径C10或第四流动路径C40，湿润的排放燃料流过另一个。此外，干燥的供应氧化剂流过第二和第三流动路径C20和C30。图3示范地示出流经第一流动路径C10的湿润的排放燃料和流经第四流动路径C40的湿润的排放氧化剂。

在该情况下，第一流动路径C10的入口和第四流动路径C40的入口连接到电产生器50(参照图1)，第一流动路径C10的出口连接到燃料出口35(参照图2)，第四流动路径C40的出口连接到氧化剂出口36(参照图2)。引入到第二流动路径C20的供应氧化剂经过第三流动路径C30且然后被排出。第二流动路径C20的入口连接到氧化剂入口34(参照图2)，第三流动路径C30的出口连接到电产生器50(参照图1)。

因而，引入到第二流动路径C20的干燥的供应氧化剂与流经第一流动路径C10的湿润的排放燃料进行湿气交换且于是被第一次湿润。从第二流动路径C20移到第三流动路径C30的供应氧化剂与流经第四流动路径C40的湿润的排放氧化剂进行湿气交换且于是被第二次湿润。

也就是说，第一湿气交换层44从湿润的排放燃料吸收湿气并将所吸收的湿气传输到第二流动路径C20的供应氧化剂。因此，第二流动路径C20的供应氧化剂的湿气含量增加，已经经历湿气交换的排放燃料通过第一流动路径C10的出口排出。第二湿气交换层45从第四流动路径C40的湿润的排放氧化剂吸收湿气，并将所吸收的湿气传输到第三流动路径C30的供应氧化剂。因此，第三流动路径C30的供应氧化剂的湿气含量进一步增加，已经经历湿气交换的排放氧化剂通过第四流动路径C40的出口排出。

第一湿气交换层44和第二湿气交换层45可以用不具有透气性但吸收湿气的各种材料层代替。例如，由磺化四氟乙烯共聚物(例如

)形成的膜或具有微孔的多孔膜可用作第一湿气交换层44和第二湿气交换层45。

如所述地，湿气交换器40包括其中干燥的供应氧化剂流动的第一区域(第二和第三流动路径)、其中湿润的排放燃料流动的第二区域(第一流动路径)、以及其中湿润的排放氧化剂流动的第三区域(第四流动路径)，第一区域通过第一湿气交换层44和第二湿气交换层45与第二和第三区域进行湿气交换。因此，根据本示范性实施例的燃料电池系统100能够利用湿气交换器40有效地湿润供应氧化剂而没有额外的增湿器件。

如果干燥的氧化剂供应到电产生器50，则氧化剂被首先引入到MEA的阴极的区域以干燥的状态工作，因此MEA恶化并且发电效率降低。根据本示范性实施例的燃料电池堆防止干燥的氧化剂到达电产生器50从而能够防止MEA的恶化并且能够提高发电效率。

湿气交换器40可以通过堆叠第一板41、第一湿气交换层44、第二板42、第二湿气交换层45和第三板43而形成。第一流动路径C10和第二流动路径C20包括在两者之间的第一湿气交换层44，第三流动路径C30和第四流动路径C40包括在两者之间的第二湿气交换层45。这样的层叠型湿气交换器40能够最大化第一至第四流动路径C10、C20、C30和C40的经历湿气交换的面积从而能够增加湿气交换效率。

现在将更详细地描述基本上可应用的湿气交换器40的详细内部结构、燃料电池堆30的结构、以及燃料和氧化剂的移动路径。图4示出图1的燃料电池系统的燃料电池堆的分解透视图。

参照图4，燃料电池堆30包括第一端板31、湿气交换器40、第一电流收集板37、电产生器50、第二电流收集板38和第二端板32。多个接合螺栓可以穿透燃料电池堆30的至少四个角部并通过紧固螺母紧固以整体地固定燃料电池堆30。

第一端板31可以具有矩形形状，如图2所示，氧化剂入口34和氧化剂出口36可以形成在一短侧，燃料入口33和燃料出口35可以形成在另一短侧。氧化剂入口34和燃料入口33可以置于短侧的中央，氧化剂出口36和燃料出口35可以置于短侧的角部。

湿气交换器40包括：接触第一端板31的第一板41；第二板42，在第一板41上并包括在两者之间的第一湿气交换层44；以及第三板43，在第二板42上并包括在两者之间的第二湿气交换层45，并且接触第一电流收集板37。

图5示出图4的湿气交换器的分解透视图，图6、图7和图8分别示出沿图5的线I-I截取的第一板的横截面图、沿图5的线II-II截取的第二板的横截面图和沿图5的线III-III截取的第三板的横截面图。

参照图5至图8，第一流动路径C10形成在第一板41的上侧。第二流动路径C20形成在第二板42的底侧，第三流动路径C30形成在第二板42的上侧。第二板42具有在第二流动路径C20和第三流动路径C30的交迭部分处的贯穿孔421以连接第二流动路径C20和第三流动路径C30。此外，第四流动路径C40形成在第三板43的底侧。

第一至第四流动路径C10、C20、C30和C40每个由具有深度的凹槽形成，并可以形成为在除了第一至第三板41、42和43的横向短侧之外的中央部分处具有基本矩形的形状。

第一湿气交换层44覆盖第一流动路径C10和第二流动路径C20以从在第一流动路径C10中流动的湿润排放燃料吸收湿气并将所吸收的湿气传输到在第二流动路径C20中流动的干燥供应氧化剂。第二湿气交换层45覆盖第三流动路径C30和第四流动路径C40以从在第四流动路径C40中流动的湿润排放氧化剂吸收湿气并将所吸收的湿气传输到第三流动路径C30的供应氧化剂。

第一湿气交换层44和第二湿气交换层45可以形成有与第一至第三板41、42和43相同的尺寸，或者可以具有与第一至第四流动路径C10、C20、C30和C40对应的形状。在图5中，第一湿气交换层44和第二湿气交换层45具有与第一至第三板41、42和43基本相同的尺寸。

多个第一间隔物46从第一流动路径C10突出且多个第二间隔物47从第二流动路径C20突出以支撑第一湿气交换层44。第一间隔物46分散排放燃料的流动以用于使排放燃料在第一流动路径C10的整个区域上基本均匀地分布。第二间隔物47分散供应氧化剂的流动以用于使供应氧化剂在第二流动路径C20的整个区域上基本均匀地分布。

多个第三间隔物48从第三流动路径C30突出且多个第四间隔物49从第四流动路径C40突出以支撑第二湿气交换层45。第三间隔物48分散供应氧化剂的流动以用于使供应氧化剂在第三流动路径C30的整个区域上基本均匀地分布。第四间隔物49分散排放氧化剂的流动以用于使排放氧化剂在第四流动路径C40的整个区域上基本均匀地分布。

第一至第四间隔物46、47、48和49可以具有与第一至第三板41、42和43的长侧平行的条形，并彼此间隔开。第一至第四间隔物46、47、48和49的形状不限于图5中示出的那些，而是，它们可以是任何合适的形状。

此外，第一氧化剂开口61分别形成在第一和第三板41和43的短侧之一的中央处。第一氧化剂开口61定位得基本对应于第一端板31的氧化剂入口34(参照图2)，并与第一和第四流动路径C10和C40间隔开。

第一氧化剂槽62定位得基本对应于第一氧化剂开口61且在第二板42的底侧中，第二氧化剂槽63形成得基本对应于第一氧化剂槽62且在第二板42的上侧中。第二流动路径C20与第一氧化剂槽62连接，第三流动路径C30与第二氧化剂槽63连接。贯穿孔421位于第一和第二氧化剂槽62和63的相反侧。因此，第二板42提供从第一氧化剂槽62通过第二流动路径C20、贯穿孔421以及第三流动路径C30到第二氧化剂槽63形成的供应氧化剂移动路径。

第二氧化剂开口64形成在第三板43的另一短侧的角部。此外，第三氧化剂槽65形成在第三板43的短侧的角部之一处，沿对角线方向面对第二氧化剂开口64。第四流动路径C40与第二氧化剂开口64和第三氧化剂槽65相连。

第三氧化剂开口66基本对应于形成第三氧化剂槽65的位置分别形成在第一和第二板41和42处。第三氧化剂开口66定位得与第一流动路径C10、第二流动路径C20和第三流动路径C30间隔开。第一板41的第三氧化剂开口66形成得基本对应于第一端板31的氧化剂出口36(参照图2)。

第一燃料开口71形成在第一至第三板41、42、和43的另一短侧的每个的中央处。第一燃料开口71分别定位得与第一至第四流动路径C10、C20、C30和C40间隔开。第一燃料开口71形成得基本对应于第一端板31的燃料入口33(参照图2)。第二燃料开口72形成在第一至第三板41、42和43的短侧之一的角部。第二燃料开口72与第二至第四流动路径C20、C30和C40间隔开。

第三燃料开口73形成在第一板41的另一短侧的角部，沿对角线方向面对第一板41的第二燃料开口72。第一流动路径C10与第二燃料开口72和第三燃料73连接。第三燃料开口73形成得基本对应于第一端板31的燃料出口35(参照图2)。

当第一湿气交换层44和第二湿气交换层45以及第一至第三板41、42和43尺寸相同时，第一湿气交换层44和第二湿气交换层45的对应于第一燃料开口71、第二燃料开口72、第一氧化剂开口61和第三氧化剂开口66的部分被去除从而暴露开口。

参照图4至图8，通过第一端板31的氧化剂入口34(参照图2)引入的供应氧化剂经过第一板41的第一氧化剂开口61并供应到第二板42的第一氧化剂槽62。经过第二流动路径C20的供应氧化剂穿透贯穿孔421且然后移动到第三流动路径C30。在经过第三流动路径C30之后，供应氧化剂是通过第二氧化剂槽63和第三板43的第一氧化剂开口61排出到湿气交换器40外。

排出的供应氧化剂直接经过电产生器50，供应氧化剂的流动方向在第二端板32处改变，然后供应氧化剂被供应到形成电产生器50的MEA 80的每个。已经经过MEA 80的未反应的氧化剂是富含湿气的排放氧化剂。

湿润的排放氧化剂通过第三板43的第二氧化剂开口64进入第四流动路径C40。在经过第四流动路径C40之后，湿润的氧化剂通过第三板43的第三氧化剂槽65以及第二和第一板42和41的第三氧化剂开口66排放到第一端板31的氧化剂出口36。当湿润的氧化剂流经第四流动路径C40时，第二湿气交换层45从排放氧化剂吸收湿气，并将所吸收的湿气传输到第三流动路径C30的供应氧化剂以湿润供应氧化剂。

通过第一端板31的燃料入口引入的燃料经过第一至第三板41、42和43的第一燃料开口71然后排出到湿气交换器40外。排出的燃料经过电产生器50，燃料的流动方向在第二端板32处改变，供应燃料被供应到形成电产生器50的MEA 80的每个。已经经过MEA 80的未反应的燃料是富含湿气的排放燃料。

湿润的排放燃料通过第三板43、第二板42和第一板41的第二燃料开口72进入第一流动路径C10。在经过第一流动路径C10之后，排放燃料通过第三燃料开口73排放到第一端板31的燃料出口35。当湿润的排放燃料流过第一流动路径C10时，第一湿气交换层44从排放燃料吸收湿气并将所吸收的湿气传输到第二流动路径C20的供应氧化剂以湿润供应氧化剂。

图9示出图4的电产生器和第二端板的分解透视图，图10示出图9的电产生器的MEA的局部分解横截面图。

参照图9和图10，电产生器50包括多个MEA和多个隔板90(参照图4)，一个隔板位于相邻的MEA 80之间。为方便起见，图9示出一个MEA80和两个隔板91和92。MEA 80包括电解质膜81、形成在电解质膜81一侧的阴极82、形成在电解质膜81另一侧的阳极83、以及支撑电解质膜81的边缘的支撑膜84。

阴极82包括通过还原反应将氧化剂中的氧转化成电子和氧离子的催化剂层821以及覆盖催化剂层821的气体扩散层822。阳极83包括通过氧化反应将燃料中的氢转化成电子和氢离子的催化剂层831以及覆盖催化剂层831的气体扩散层832。

隔板90包括接触阴极82的阴极隔板91和接触阳极83的阳极隔板92。阴极隔板91在面对阴极82的一侧形成氧化剂通道93，阳极隔板92在面对阳极83的一侧形成燃料通道94。阴极隔板91和阳极隔板92可以被整体地固定，这被称为双极板。

冷却通道95(参照图4)可以形成在阴极隔板91和阳极隔板92的内表面。为方便起见，冷却通道在图9中被省略。冷却通道95与吹风单元(冷却剂供应器)相连，外部空气通过吹风单元引入到冷却通道95。通过外部空气和燃料电池堆30的热交换，能够降低燃料电池堆30的温度。

MEA 80的支撑膜84、阴极隔板91和阳极隔板92形成与湿气交换器40的第一氧化剂开口61(参照图5)基本对应的第四氧化剂开口67，并形成与湿气交换器40的第三氧化剂开口66(参照图5)基本对应的氧化剂入口歧管68。

此外，MEA 80的支撑膜84、阴极隔板91和阳极隔板92在沿对角线方向面对氧化剂入口歧管68的角部形成氧化剂出口歧管69。形成在阴极隔板91中的氧化剂通道93与氧化剂入口歧管68和氧化剂出口歧管69相连。

第二端板32形成第一转换流动路径321，第一转换流动路径321改变其中的氧化剂流动方向。第一转换流动路径321包括基本对应于第四氧化剂开口67的入口322、基本对应于氧化剂入口歧管68的出口323、以及连接入口322和出口323的连接单元324。

因此，从湿气交换器40排出的供应氧化剂经过电产生器50的第四氧化剂开口67并被提供到第一转换流动路径321的入口322，然后经过连接单元324和出口323并被引入到电产生器50的氧化剂入口歧管68。氧化剂在经过阴极隔板91的氧化剂通道93时被提供到MEA 80的阴极82，湿气和未反应的氧化剂通过氧化剂出口歧管69排出。排放氧化剂被提供到湿气交换器40的第二氧化剂开口64(参照图5)。

MEA 80的支撑膜84、阴极隔板91和阳极隔板92形成基本对应于湿气交换器40的第一燃料开口71(参照图5)的第四燃料开口74，并形成基本对应于湿气交换器40的第三燃料开口73(参照图5)的燃料入口歧管75。

此外，MEA 80的支撑膜84、阴极隔板91和阳极隔板92在沿对角线方向面对燃料入口歧管75的角部形成燃料出口歧管76。形成在阳极隔板92中的燃料通道94与燃料入口歧管75和燃料出口歧管76相连。

第二端板32形成第二转换流动路径325，第二转换流动路径325改变其中的燃料的流动方向。第二转换流动路径325包括基本对应于第四燃料开口74的入口326、基本对应于燃料入口歧管75的出口327、以及连接入口326和出口327的连接单元328。

因此，从湿气交换器40排出的供应燃料经过电产生器50的第四燃料开口74并被提供到第二转换流动路径325的入口326，然后经过连接单元328和出口327并被引入到电产生器50的燃料入口歧管75。燃料在经过阳极隔板92的燃料通道94之后被供应到MEA 80的阳极83，湿气和未反应的燃料通过燃料出口歧管76排出。排放燃料被供应到湿气交换器40的第二燃料开口72(参照图5)。

图11示出根据本发明另一个示范性实施例的燃料电池系统的示意图。

参照图11，根据本实施例的燃料电池系统110与第一示范性实施例的燃料电池系统基本相同，除了湿气交换器40位于第一端板31的外侧且燃料供应管12和氧化剂供应管21连接到湿气交换器40之外。相同的附图标记指代与第一示范性实施例的燃料电池系统相同的元件。

根据第一示范性实施例，湿气交换器40位于第一端板31和电产生器50之间以使得紧固步骤是容易的，因为包括湿气交换器40的燃料电池堆30能够通过单个步骤被紧固。相反，根据第二示范性实施例的湿气交换器40位于第一端板31的外侧使得湿气交换器40和第一端板31通过单独的步骤紧固，但是湿气交换器40能够在其需要固定时被容易地替换。

尽管已经结合目前认为是实际的示范性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于公开的实施例，而是，正相反，旨在覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (20)

1.一种湿气交换器，包括：

第一板、第三板、以及在所述第一板和所述第三板之间的第二板；

第一湿气交换层，在所述第一板和所述第二板之间，形成在所述第一板与所述第一湿气交换层之间的第二区域以用于接收和输出第一燃料；以及

第二湿气交换层，在所述第二板和所述第三板之间，形成在所述第三板与所述第二湿气交换层之间的第三区域以用于接收和输出第二氧化剂，

其中用于接收和输出第一氧化剂的第一区域在所述第一湿气交换层和所述第二湿气交换层之间。

2.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一燃料包括已经经过燃料电池堆的电产生器的燃料，所述第二氧化剂包括已经经过所述电产生器的氧化剂，所述第一氧化剂包括通过氧化剂供应器供应的氧化剂。

3.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一湿气交换层配置来从所述第一燃料吸收湿气并将来自所述第一燃料的湿气供应到所述第一氧化剂，所述第二湿气交换层配置来从所述第二氧化剂吸收湿气并将来自所述第二氧化剂的湿气供应到所述第一氧化剂。

4.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一区域、所述第二区域和所述第三区域中的至少一个具有位于其上的多个突起。

5.如权利要求4所述的湿气交换器，其中所述多个突起为矩形形状并布置成矩阵。

6.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一湿气交换层和所述第二湿气交换层中的至少一个包括磺化四氟乙烯共聚物或具有微孔的多孔膜。

7.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一区域包括在所述第一湿气交换层与所述第二板之间的流动路径以及在所述第二湿气交换层与所述第二板之间的另一流动路径，其中所述第二板具有连接所述流动路径和所述另一流动路径的开口。

8.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一板具有用于接收所述第一氧化剂的开口，所述第三板具有用于将所述第一氧化剂供应到燃料电池堆的电产生器的开口。

9.如权利要求8所述的湿气交换器，其中所述第二板具有第一槽和第二槽，该第一槽在面对所述第一湿气交换层的第一侧上在对应于所述第一板的开口和所述第三板的开口的位置，该第二槽在面对所述第二湿气交换层的第二侧上在对应于所述第一板的开口和所述第三板的开口的位置。

10.如权利要求9所述的湿气交换器，其中所述第一湿气交换层和所述第二湿气交换层中的每个具有与所述第一板的开口和所述第三板的开口以及所述第一槽和所述第二槽对准的开口。

11.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一板具有在彼此对角的各自角部的槽和燃料开口，其中所述第二区域配置来在所述槽处接收所述第一燃料并通过所述燃料开口输出所述第一燃料。

12.如权利要求11所述的湿气交换器，其中所述第一湿气交换层、所述第二板、所述第二湿气交换器层和所述第三板每个具有与所述槽对准的开口。

13.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第一板、所述第二板和所述第三板以及所述第一湿气交换层和所述第二湿气交换层每个具有彼此对准的开口，用于使从燃料供应器接收的第二燃料经过。

14.如权利要求1所述的湿气交换器，其中所述第三板具有用于接收所述第二氧化剂的开口和在面对所述第二湿气交换层的一侧与所述开口对角地定位的槽。

15.如权利要求14所述的湿气交换器，其中所述第一板和所述第二板每个具有用于输出所述第二氧化剂的开口，所述开口与所述第三板上的槽对准。

16.一种燃料电池堆，包括：

第一端板；

邻近所述第一端板的湿气交换器，用于接收燃料、第一氧化剂和第二氧化剂，并用于将来自所述燃料和所述第二氧化剂的湿气传输到所述第一氧化剂；

第二端板；以及

电产生器，在所述第二端板与所述湿气交换器之间用于接收已经在所述湿气交换器中被湿润的所述第一氧化剂。

17.如权利要求16所述的燃料电池堆，其中所述湿气交换器在所述电产生器与所述第一端板之间。

18.如权利要求16所述的燃料电池堆，其中所述第一端板在所述电产生器与所述湿气交换器之间。

19.如权利要求16所述的燃料电池堆，其中所述湿气交换器包括：

第一板、第三板以及在所述第一板与所述第三板之间的第二板；

第一湿气交换层，在所述第一板和所述第二板之间，形成在所述第一板与所述第一湿气交换层之间的第二区域以用于接收和输出所述燃料；以及

第二湿气交换层，在所述第二板和所述第三板之间，形成在所述第三板与所述第二湿气交换层之间的第三区域以用于接收和输出所述第二氧化剂，

其中用于接收和输出所述第一氧化剂的第一区域在所述第一湿气交换层与所述第二湿气交换层之间。

20.如权利要求19所述的燃料电池堆，其中所述第一湿气交换层配置来从所述燃料吸收湿气并将来自所述燃料的湿气供应到所述第一氧化剂，所述第二湿气交换层配置来从所述第二氧化剂吸收湿气并将来自所述第二氧化剂的湿气供应到所述第一氧化剂。

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