TW201021276A - Fuel cell system - Google Patents

Description

201021276 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種燃料電池系統，更特定而言，係關於 種包括水〉谷液用散熱器及氣液分離用散熱器該兩個冷卻 器之燃料電池系統。 【先前技術】 專利文獻1中揭示有一種燃料電池系統，其包括冷卻作 為燃料之甲醇水溶液之水溶液用散熱器、及用以對^燃料 電池之反應中所產生之水蒸氣進行液化並回收之氣液分離 用散熱器該兩個冷卻器。 於上述燃料電池系統中，較好的是分別獨立地控制以下 風扇，即，根據燃料電池之溫度或輸出等條件而控制水溶 液用散熱器之冷卻能力的風扇、及根據已回收之水之量或 大氣溫度等條件而用以控制氣液分離用散熱器之冷卻能力 的風扇。 專利文獻 1 : W02005/004267 然而，在獨立地控制兩個風扇時，存在如下情形：當一 方之風扇停止時’已由該-方之風扇側之散熱器供暖的空 氣會因驅動另一方之風扇而被供給至該另一方之風扇侧之 散熱器。於該情形時，無法精度良好地控制散熱器之冷卻 能力，即，對由燃料電池排出之燃料水溶液或水分進行冷 卻之能力。 為了防止該情形，必須將各個散熱器之冷卻風所通過之 通道分別獨立地設置，使兩個通道之冷卻風之入口配置於 143784.doc -4- 201021276 "個散熱器之位置。然而，於該情形時，冷卻風之通 道會變長而導致裝置大型化。 【發明内容】 口此’本發明之主要目的在於提供—種可精度良好地控 . ^由_電池排出之燃料水溶液及水分且可縮小裝置的辦 料電池系統。 ' 根據本發明之某—態樣，提供—種燃料電池系統，其包 ❹ #:含有陽極與陰極之燃料電池：自燃料電池之陽極排出 之燃料水，谷液所流通之第丨管；自燃料電池之陰極排出之 X刀所流通之第2管；冷卻通道，其包括：用以冷卻第！管 及第2管之流體所流入之流入道；及自流入道分支而用以 向第1 s之外周側供給流體之第丨冷卻道、與用以向第2管 之外周側供給流體之第2冷卻道；調整機構，其用以調整 、^·'、卩通道之第1冷卻道及第2冷卻道之通道阻力；以及控制 機構’其用以控制調整機構。 • 於本發明中，於冷卻通道中自流入道分支而彼此獨立地 «又置第1冷卻道及第2冷卻道，並藉由調整機構而調整各冷 部道之通道阻力《藉此，流體自流入道流向第丨冷卻道及 . 第2冷卻道，對第1管之外周侧及第2管之外周侧供給與通 . 道阻力相對應之流量之流體。於該情形時，即便冷卻通道 之流入道較短，亦不會有已流入第丨冷卻道及第2冷卻道之 任方中之机體進入另一方之情形，從而可防止例如將於 一方之冷卻道中已被烘暖之流體供給至另一方之冷卻道。 因此，可精度良好地控制第1管及第2管之冷卻能力，即， 143784.doc 201021276 對由燃料電池排出之燃料水溶液及水分進行冷卻之能力。 又，可縮短自冷卻通道之入口至第1冷卻道或第2冷卻道之 入口為止的距離，即流入道之長度，因此可縮小裝置。 較好的是，本發明進而包括用以對第丨管之外周側及第2 管之外周側供給流體之流體供給機構。於該情形時，藉由 風扇等流體供給機構之驅動而可促進向第1冷卻道及第2冷 卻道中供給流體。又，藉由調整各冷卻道之通道阻力而可 調整供給至第1管之外周側及第2管之外周侧各自中的流體 之量，故而流趙供給機構無需針對每個冷卻道而設置，可 於各冷卻道中共用。因此，不會產生針對每個冷卻道而鄰 接地設置風扇時有可能發出的噪音，且可節省消耗電力。 又，較好的是，調整機構包括：為了調整通道阻力而設 置於冷卻通道内之板狀構件；及用以使板狀構件活動之驅 動機構。於該情形時，僅藉由以驅動機構而使板狀構件活 便可簡單地調整通道阻力。 進一步而言，較好的是，本發明進而包括：液溫取得機 構，其取得與燃料水溶液之溫度相關的液溫資訊；回收機 構，其回收水分中所含之水；以及水量取得機構，其取得 與回收機構内之水量相關的水量資訊；控制機構根據液溫 取得機構所取得之液溫資訊及水量取得機構所取得之水量 資訊來控制調整機構。根據與燃料水溶液之溫度相關的液 溫資訊及與回收機構内之水量相關的水量資訊來控制調整 機構且調整第1冷卻道及第2冷卻道之通道阻力，藉此可簡 單地調整對燃料水溶液之冷卻能力及對水分之氣液分離能 143784.doc -6 - 201021276 力。 較好的是，控制機構係以如下方式控制調整機構：當液 溫為§fl所顯不之溫度小於第1臨限值時，使第1冷卻道之通 道阻力大於第2冷卻道之通道阻力。當液溫資訊所顯示之 液溫小於第1臨限值時’即燃料水溶液之溫度較低時，I 需促進燃料水溶液之冷卻，因而使第1冷卻道之通道阻力 大於第2冷卻道之通道阻力，讓流體容易流入第2冷卻道。 藉此’可一方面抑制燃料水溶液之冷卻，一方面促進水分 ® t氣液分離而容易回收水。 又，較好的是’本發明進而包括流體供給機構，其用以 對第1管之外周側及第2管之外周側供給流體，控制機構係 當水量資訊所顯示之水量為第2臨限值以上時會使流體供 給機構停止，另一方面，當水量資訊所顯示之水量未達第 2臨限值時會使流體供給機構驅動。如上所述，若水量資 訊所顯示之水量為第2臨限值以上，則無需促進水之回 φ 收，故而使流體供給機構停止。另一方面，若水量資訊所 顯示之水量未達第2臨限值，則使流體供給機構驅動而促 進水之回收。如此一來，可根據回收機構内之水量而控制 . 流體供給機構之驅動，調整水之回收量。 • 進而，較好的是，控制機構以如下方式控制調整機構： 當液溫資訊所顯示之溫度為第丨臨限值以上且水量資訊所 顯示之水量為第2臨限值以上時’使冷卻道之通道阻力 小於第2冷卻道之通道阻力。如此，當液溢資訊所顯示之 液溫為第1臨限值以上且水量資訊所顯示之水量為第2臨限 143784.doc 201021276 值以上時，即燃料水溶液之溫度較高且回收機構内之水量 較多時，藉由使第1冷卻道之通道阻力小於第2冷卻道之通 道阻力而可一方面促進燃料水溶液之冷卻，一方面抑制水 分之氣液分離。 較好的是，控制機構係以如下方式控制調整機構：當液 溫資訊所顯示之溫度為第丨臨限值以上且水量資訊所顯示 之水量未達第2臨限值時，使第丨冷卻道及第2冷卻道各自 之通道阻力大致相等。如此，#液溫資訊所顯示之液溫為

第1臨限值以上且水量資訊所顯示之水量未達第2臨限值 時’即燃料水溶液之溫度較高且回收機才冓内之水量較少 時’利用縣機構岐第丨冷卻道及第2冷卻道各自之通道 阻力大致相等，藉此，不僅可冷卻燃料水溶液，而且可將 水分進行氣液分離並回收水。

TJL XT WV XI —τ_ π疋叩巴枯流hi供給機構，其斥 ^第1管之外周侧及第2管之外周側供給流體，控制機稽

液*取侍機構所取得之液溫資訊來控制流體供給機橘 於該情形時，當燃料水溶液之溫度較低時 給機構之供給能力以抑制對第！冷卻道供給流體= 水溶液之溫度提高。另 便燃 時，會提水料之溫度較 中供= 構之供給能力以促進向第1冷卻 ’、/，，L 使燃料水溶液之溫度降低。 為I::好的是，控制機構係當液溫資訊所表示之液>· 為第m限值以上且水量資訊 液/- 時，舍楣嬙八篁禾達第2臨限名 據水之回收量來控制調整機構。於該情形時，逢 143784.doc 8 - 201021276 水之回收量較少，則利用調整機構來減小第2冷卻道之通 道阻力以促進水之回收，另一方面，若水之回收量較多， 則利用調整機構來加大第2冷卻道之通道阻力以抑制水之 回收。 較好的是，本發明進而包括：流體溫度取得機構，其取 得與流體之溫度相關的流體溫度資訊；及流體供給機構， 其用以對第1管之外周側及第2管之外周側供給流體；控制 機構根據液溫取得機構所取得之液溫資訊及流體溫度取得 機構所取得之流體溫度資訊來控制流體供給機構。「燃料 水溶液之溫度-流體之溫度」越大，則越可利用流體來有 效地冷卻燃料水溶液，「燃料水溶液之溫度_流體之溫度」 越小，則流體對於燃料水溶液之冷卻效果越會下降。因 此，當「燃料水溶液之溫度_流體之溫度」較大時，會抑 制流體供給機構之供給能力以抑制向第丨冷卻道中之流體 之供給量，從而使對燃料水溶液之冷卻能力穩定。另一方 面，當「燃料水溶液之溫度·流體之溫度」較小時，會提 高流體供給機構之供給能力以增加向第丨冷卻道令之流體 之供給量，從而使對燃料水溶液之冷卻能力穩定。 又’較好較，控制機構係當液溫資訊所顯示之液溫為 上述第1臨限值以上且水量資訊所顯示之水量未達第2臨限 值’會根據水之回收量及水之消耗量來控制調整機構。於 該情形時，若水之「回收量-消耗量」較多，則藉由調整 機構而加大第2冷卻道之通道阻力且減小第！冷卻道之通道 阻力，以抑制水之回收量。另一方面，若水之「回收量^ 143784.doc 201021276 消耗量」較少，則藉由調整機構而減小第2冷卻道之通道 阻力且加大第1冷卻道之通道阻力，以促進水之回收。 進一步而言，較好的是，本發明進而包括：流體溫度取 得機構，其取得與流體之溫度相關的流體溫度資訊；板狀 構件，其為了調整通道阻力而可位移地設置於冷卻通道 内；及流體供給機構，其用以對第1管之外周側及第2管之 外周側供給流體；控制機構根據液溫取得機構所取得之液 溫資訊、流體溫度取得機構所取得之流體溫度資訊、及板 狀構件之位置來控制流體供給機構。於該情形時，根據 「燃料水溶液之溫度-流體之溫度」而求出應供給至第1冷 卻道之流體之量，並根據板狀構件之位置而求出用以獲得 該供給量之流體供給機構之供給能力。例如，在使燃料水 溶液之冷卻能力一定時，若「燃料水溶液之溫度-流體之 溫度」越大，則應供給至第1冷卻道之流體之量少即足 夠，另一方面，若「燃料水溶液之溫度-流體之溫度」越 小，則應供給至第1冷卻道之流體之量越多。而且，根據 應供給之流體之量及板狀構件之位置來決定流體供給機構 之供給能力。藉此，可使對燃料水溶液之冷卻能力更加穩 定。 於本發明中，所謂「通道阻力」係指通道内之流體之流 通難易度。 又，「水分」之概念包括液體之水及氣體之水（水蒸 氣）。 本發明之上述目的及其他目的、特徵、態樣以及優點， 143784.doc •10- 201021276 可根據與隨附圖式關聯而進行之以下本發明之實施形，熊之 洋細說明而進一步明確瞭解。 【實施方式】 以下’參照圖式對本發明之實施形態加以說明。 • 參照圖1，本發明之一實施形態之燃料電池系統1〇係不 進行改性而將曱醇（曱醇水溶液）直接利用於電能生成（發 電）之直接甲醇型燃料電池系統。圖1係燃料電池系統1〇之 ^ 立體圖。燃料電池系統10之構成為可搬型，例如，在露天 音樂會之會場中為了對音響設備等電子設備供給電力而使 用。燃料電池系統10之重量例如為25 kg左右，發電之最 大輪出例如為1 kw左右。 燃料電池系統10包括：燃料電池電池堆（以下，僅稱作 電池堆）12 ;設置於電池堆12下方之水溶液槽14與水槽 ;及設置於電池堆12側方之散熱器單元18。電池堆12、 水溶液槽14及水槽16係由框架20所保持，散熱器單元18設 φ 置於框架20之雙層底板2〇a上。於雙層底板20a之上層底板 中之配置有散熱器單元18之部分上設置有開口，從而散熱 單元熱器單元18可進行排氣。雙層底板2〇a之底板之間成 為排氣口 22。 圖3係表示燃料電池系統1〇之構成要素之概略圖。 參照圖3，電池堆12包括可藉由源自甲醇之氫離子與氧 (氧化劑）之電化學反應而發電之複數個燃料電池24。複數 個燃料電池24係夾著隔板26而層疊（堆疊）。各燃料電池24 包括：例如包含固體高分子膜之電解質膜24a ;及夾著電 143784.doc 201021276 解質膜24a而彼此對向之陽極（燃料極）24b與陰極（空氣 極）24c。陽極24b與陰極24c分別包括設置於電解質膜24a側 之銘觸媒層。於電池堆12之陽極入口 A1附近，設置有檢測 曱醇水溶液之溫度且檢測電池堆12之溫度的溫度感測器 28。 水溶液槽14係收容適於電池堆12之電化學反應之濃度 (例如，含有約3 wt%之曱醇）的曱醇水溶液，於水溶液槽 14中，設置有用以檢測液位之水平感測器3〇(參照圖句。 水槽16係收容應供給至水溶液槽14之水，於水槽16中， _ 设置有用以檢測液位之水平感測器32(參照圖4)。 圖2係表示散熱器單元18之立體圖。 又參照圖2，散熱器單元a包括例如中空角筒狀之盒體 34。於盒體34之上面及下面分別形成有開口 36a及開口 3 6b。空氣自盒體上面之開口 36a流入，且空氣自盒體下面 之開口 36b排出。於盒體34内之中心部稍下側，設置有在 與盒體34之長度方向正交之方向上並列設置之水溶液用散 熱器38a及氣液分離用散熱器38b。散熱器38&包括例如含❹ 残鋼等之散熱管40a及散熱片體仏。散熱管術例如以 旋轉之方式形成，散熱片體42a包括於盒體34之長度方向 伸之複數個板狀之散熱片。同樣地，散熱器遍包括例 - 如含不錄鋼等之散熱管杨及散熱片體伪。散熱管桃例 · 如以旋轉之方式形成’散熱片體心包括於盒趙％之長度 方向上延伸之複數個板狀之散熱片。再者，於圖2中，為 了方便說明’散熱片體.及42,分別圖示為含有8片散熱 143784.doc -12- 201021276 片，但於本實施形態中，含有200片散熱片。 又參照圖5 ’於本實施形態中，開口 36&與散熱器383及 3 8b之間成為用以流入空氣之流入道44，水溶液用散熱器 38a之散熱片體42a内及氣液分離用散熱器38b之散熱片體 42b内分別成為第1冷卻道46a及第2冷卻道46b。因此，於 散熱器單元18内’藉由流入道44、第1冷卻道46a及第2冷 卻道46b而形成有冷卻通道F。圖5係表示散熱器單元18之 圖解圖。 又，於盒體34内之長度方向兩端部上，在與開口 36&及 開口 36b相對應之位置上分別設置有散熱器冷卻用之入口 風扇48a及出口風扇48b。因此，於第1冷卻道46a及第2冷 卻道46b之上游側設置有入口風扇48a，並於下游側設置有 出口風扇48b。 在散熱器38a之上面與散熱器3 8b之上面之邊界部上設置 有擺動軸50，板狀構件52藉由擺動軸50而可擺動地支持於 流入道44内。板狀構件52設置於入口風扇48a與散熱器38a 及38b之間。 又’於盒體34之外側面中之與擺動轴5〇相對應之位置上 設置有伺服馬達54。擺動軸50係藉由控制器84(參照圖4)所 控制之伺服馬達54而進行擺動’伴隨於此，板狀構件52擺 動而設定其位置（傾斜）。根據板狀構件52之位置來控制散 熱器3 8a與3 8b之空氣供給量之比例，且控制第1冷卻道46a 及第2冷卻道46b之通道阻力。板狀構件52之位置係藉由未 圖示之位置檢測感測器而檢測。作為位置檢測感測器，可 143784.doc •13- 201021276 使用例如内置於伺服馬達54中之電位計或脈衝編碼器等。 如圖1所示，於散熱器單元18之開口 36a上，設置有用以 向流入道44内導入空氣之導管56。當驅動入口風扇48a及 出口風扇48b時’將空氣自導管56之吸氣口 5<5a吸入，並經 由開口 36a及入口風扇48a而流入至流入道44。然後，所流 入之空氣於第1冷卻道46a及/或第2冷卻道46b中將散熱管 40a及/或散熱管40b冷卻’並經由出口風扇48b及開口 36b 而自排氣口 22排出。 如圖3所示’於電池堆12之陽極入口 A1上經由管pi而連 接有水溶液槽14。於管P1上，自水溶液槽14側依序夾插有 水溶液泵58及濃度感測器60。藉由驅動水溶液泵58而將水 溶液槽14内之甲醇水溶液供給至電池堆12。濃度感測器6〇 包括例如超音波感測器。超音波感測器係為了利用於甲醇 水溶液中超音波之傳播速度隨著其濃度而變化之特點來檢 測甲醇水溶液之濃度所使用。 於電池堆12之陽極出口 A2上，經由管P2、水溶液用之 散熱器38a及管P3而連接有水溶液槽14。自電池堆12之陽 極出口 A2排出之二氧化碳及未反應之甲醇水溶液被供給至 散熱器38a而得以冷卻。 於電池堆12之陰極入口 C1上，經由管P4而連接有空氣過 濾器62。於空氣過濾器62中，供給有來自導管56之吸氣口 56a之空氣（參照圖〇。於管P4上，自空氣過濾器62側依序 夾插有空氣泵64及空氣閥66。藉由驅動空氣泵64而將含有 氧（氧化劑）之外部空氣自吸氣口 56a經由空氣過濾器62、空 143784.doc 201021276 氣栗64及空氣閥66供給至電池堆12之陰極24c。於導管56 之外面中之自吸氣口 56a至與散熱器單元18之連接部之間 的任意位置上，設置有用以檢測大氣溫度之大氣溫度感測 器68。

於電池堆12之陰極出口 C2’經由管P5、氣液分離用之散 熱器38b、管P6及離心分離器70而連接有水槽16。含有自 電池堆12之陰極出口 C2所排出之水分（含有水及水蒸氣）、 二氧化碳及未反應之空氣的排氣氣體被供給至散熱器38b 而得以冷卻。於離心分離機70上連接有排氣管p7，於排氣 管P7上夾插有排氣閥72。離心分離器70藉由對來自散熱器 38b之排氣氣體供給離心力而自排氣氣體上分離出水，所 分離之水被供給至水槽16。排氣氣體藉由開啟排氣閥72而 自排氣管P7排出。 又’水槽16經由管P8而連接於水溶液槽14。於管p8上夾 插有水泵74。藉由驅動水泵74而將水槽16内之水供給至水 溶液槽14。 又，於水溶液槽14上，經由管P9而可連接有外部燃料槽 (未圖示）’於管P9上夾插有燃料泵76。外部燃料槽係收容 成為電池堆12之電化學反應之燃料的高濃度（例如，含有 約50 wt%之曱醇）的曱醇燃料（高濃度曱醇水溶液），並且視 需要而連接於管P9。藉由將外部燃料槽連接於管p9且驅動 燃料泵76而將外部燃料槽内之曱醇燃料供給至水溶液槽 14 ° 圖4中，呈現出表示燃料電池系統1〇之電性構成之方塊 143784.doc •15· 201021276 圖。 參照圖4 ’燃料電池系統1 〇進而包括主開關7 §、顯示部 82及控制器84。 藉由接通主開關78而對控制器84發出運轉開始指示，並 藉由斷開主開關78而對控制器84發出運轉停止指示。顯示 部82中顯示有各種資訊。 控制器 84 包括：CPU(Central Processing Unit，中央處理 單元）86、記憶體88、電壓檢測電路9〇、電流檢測電路 92、接通/斷開（ON/OFF)電路94、二極體％及電源電路 98。CPU 86係進行必要的運算而控制燃料電池系統1〇之動 作。作為記憶機構之記憶體88，包括例如EEpR〇M (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory ,

示而對負載104或電子構成構件供給電力 L峪1 〇6及燃料電池系 並根據控制器84之指 電力。二次電池管理 143784.doc -16 - 201021276 單元102包括控制負載1 〇4制之控制器1 〇8、及檢測二次電 池1〇〇之蓄電量之蓄電量檢測器11〇,並經由介面電路U2 而與控制器84進行通信。又，二次電池丨〇〇經由介面電路 . 112而連接於充電器114，並可藉由外部電源116而充電。 於上述燃料電池系統丨0中，在控制器84之cpu 86中，輸 入有來自主開關78之輸入信號。又，在cpu 86中，輸入有 來自水平感測器30與32、濃度感測器60、溫度感測器28及 ❿ 大氣溫度感測器68之檢測信號。進而，在cpu 86中，輸入 有來自電壓檢測電路9〇之電壓檢測值及來自電流檢測電路 92之電流檢測值。 利用CPU 86來控制伺服馬達54、入口風扇48a、出口風 扇48b、水溶液泵58、空氣泵64、水泵74、燃料泵％、空 氣閥66及排氣閥72等輔助設備。又，顯示部82係藉由cpu 86而控制。於本實施形態中，所謂「輔助設備」，係指用 以維持電池堆12之發電所必需之零件。所謂「負載1〇4」， • 係指用以維持電池堆12之發電所必需之輔助設備以外的消 耗電力之零件。負載104中包括任意的設備（例如，音響設 備等）。 .於本實施形態中，調整機構包括擺動軸5〇、板狀構件52 伺服馬達54。控制機構包括CPU 86。流體供給機構包括 入口風扇48a及出口風扇48^驅動機構包括擺動軸％及祠 服馬達54。溫度感測器28相當於液溫取得機構。水槽丨6相 *於回收機構。水量取得機構包括水平感測器32。大氣溫 度感測器68相當於流體溫度取得機構。散熱管伽相當於 143784.doc 17 201021276 第1管，散熱管40b相當於第2管。 接下來，參照圖6，對與燃料電池系統1〇之散熱器單元 1 8相關之動作之一例加以說明。 首先，利用CPU 86來判斷由溫度感測器28所檢測之甲醇 水溶液之溫度是否為第！臨限值（例如’ 6(rc)以上（步驟 s 1)。若甲醇水溶液之溫度未達第1臨限值，則cpu 86控制 伺服馬達54而使板狀構件52向水溶液用散熱器38a侧擺 動，藉由板狀構件52而使水溶液用散熱器38a之入口全部 關閉（步驟S3)。 繼而，利用CPU 86來判斷水槽16之水量是否為第2臨限 值（例如，0.5公升）以上（步驟5)。其係根據水平感測器32 之檢測值進行判斷。若水槽16之水量為第2臨限值以上， 則無需促進水之回收，因此CPU 86使入口風扇48&及出口 風扇48M亭止（步驟S7)，另一方面，若水槽16之水量未達 第2臨限值，則為了促進水之回收，cpu %例如以額定之 5〇%之輸出（額定之50%之轉速）而使入口風扇48a及出口風 扇48b驅動（步驟S9)，然後結束。再者，於本實施形態 中，入口風扇48a及出口風扇48b之轉速被設定為相等。由 於入口風扇48a與出口風扇48b並未近接配置，因此當以互 不相同之轉速進行旋轉時之「振動音」產生之可能性較 低’但可藉由使兩者之轉速相等而防止「振動音」之產 生。 於步驟S1中，若曱醇水溶液之溫度為第丨臨限值以上， 則使入口風扇48a及出口風扇48b驅動（步驟sil),利用cpu 143784.doc -18- 201021276 86來判斷水槽16之水量是否為第2臨限值以上（步驟13)。若 水槽16之水量為苐2臨限值以上’則為了減少水槽16之水 量，CPU 86控制伺服馬達54而使板狀構件52向氣液分離用 * 散熱器38b側擺動’藉由板狀構件52而使氣液分離用散熱 器38b之入口全部關閉（步驟S15)，進入步驟S17。另一方 面，於步驟S13中，若水槽16之水量未達第2臨限值，則 CPU 86控制伺服馬達54而使板狀構件52配置於中立位置 瘳 （水溶液用散熱器38a側：氣液分離用散熱器381)側之空氣 量之比例為50:50之位置）（步驟S19)，進入步驟817。 於步驟S17中，利用CPU 86來判斷曱醇水溶液之溫度是 否為指示值土α(例如，65t：±5t:)内。若甲醇水溶液之溫度 為指示值士α之範圍内，則直接結束。若曱醇水溶液之溫度 高於指示值切（例如，7(TC)，則CPU 86將入口風扇48a及 出口風扇48b之轉速提高例如5%以便降低甲醇水溶液溫度 (步驟S21)。另一方面，若曱醇水溶液之溫度低於指示 • 值-α(例如，6〇。〇，則CPU 86將入口風扇48a及出口風扇 48b之轉速降低例如5%以便提高甲醇水溶液之溫度（步驟 S23)。如此，以使曱醇水溶液之溫度限制在指示值切内之 -方式調整入口風扇48a及出口風扇48b之轉速後，結束。 ，圖6中所示之動作係以特定之間隔重複進行。 根據上述燃料電池系統1〇，於散熱器單元18内之冷卻通 道F中自流入道44分支而彼此獨立地設置有第1冷卻道46a 及第2冷卻道46b，並根據板狀構件52之位置來調整各冷卻 道46a及冷卻道46b之通道阻力。藉此，空氣會自流入道44 143784.doc -19· 201021276 流向第1冷卻道46a及第2冷卻道46b，對散熱管40a之外周 及散熱管40b之外周供給與通道阻力相對應之流量之空 氣。於該情形時，即便冷卻通道F之流入道44較短，亦不 會有已流入第1冷卻道46a及第2冷卻道46b之任一方中之空 氣進入另一方之情形，從而可防止例如將於一方之冷卻道 中已被烘暖之空氣供給至另一方之冷卻道。因此，可精度 良好地控制散熱管40a及散熱管40b之冷卻能力，即，對由 電池堆12排出之曱醇水溶液及水分進行冷卻之能力。又， 可縮短自開口 36a至散熱器38a或散熱器38b之入口為止的 距離，即流入道44之長度，因此可縮小燃料電池系統1 〇。 進而’將散熱器38a與散熱器38b—體化，藉此不僅可促進 燃料電池系統10之小型化，而且可使高温部分集合，從而 可簡化配管之處理。 又，藉由入口風扇48a及出口風扇48b之驅動而可促進向 第1冷卻道46a及第2冷卻道46b中供給空氣。進而，藉由調 整第1冷卻道46a及第2冷卻道46b之通道阻力而可調整供給 至散熱管40a之外周及散熱管40b之外周各自的空氣之量， 故而入口風扇48a無需針對每個冷卻道而設置，可於各冷 卻道46a及冷卻道46b中共用。關於出口風扇48b亦相同。 因此’不會產生針對每個冷卻道而鄰接地設置風扇時所發 出的噪音，且可節省消耗電力。 進而’僅藉由以伺服馬達54而使板狀構件52活動便可簡 單地調整通道阻力。 又，根據曱醇水溶液之溫度及水槽1 6内之水量來控制板 143784.doc •20· 201021276 狀構件52且調整第1冷卻道46a及第2冷卻道46b之通道阻 力’藉此可簡單地調整對曱醇水溶液之冷卻能力及對水分 之氣液分離能力。 • 具體而言，當甲醇水溶液之溫度小於第1臨限值時，無 . 需促進甲醇水溶液之冷卻，因此藉由板狀構件52而關閉第 1冷卻道46a之入口以使空氣僅於第2冷卻道46b内流動。藉 此’可一方面抑制甲醇水溶液之冷卻，一方面將水分進行 氣液分離而回收水。此時，若水槽16内之水量為第2臨限 值以上’則因無需促進水之回收而使入口風扇48a及出口 風扇48b停止。另一方面’若水槽16内之水量未達第2臨限 值’則會驅動入口風扇48a及出口風扇48b而促進水之回. 收。如此，可根據水槽16内之水量而控制入口風扇48&及 出口風扇48b之驅動，從而調整水之回收量。 另一方面，若曱醇水溶液之溫度為第1臨限值以上且水 槽16内之水量為第2臨限值以上，則藉由板狀構件52而關 0 閉第2冷卻道4化之入口以使空氣僅於第1冷卻道46a内流 動"藉此，可一方面促進曱醇水溶液之冷卻，一方面抑制 水分之氣液分離。又，若甲醇水溶液之溫度為第丨臨限值 以上且水槽16内之水量未達第2臨限值，則使第丨冷卻道 . 46a及第2冷卻道46b各自之通道阻力大致相等’藉此，可 冷卻曱醇水溶液，並將水分進行氣液分離而回收水。 又，若甲醇水溶液之溫度低於指定值_α，則會抑制入口 風扇48a及出口風扇48b之轉速以抑制向第丨冷卻道46&中送 氣’提高甲醇水溶液之溫度。另一古而 m ^ ^ ^ 又另方面’若曱醇水溶液之 143784.doc •21- 201021276 溫度高於指定值+α，則提高入口風扇48a及出口風扇48b之 轉速以促進向第1冷卻道46a中送氣，降低甲醇水溶液之溫 度。 接著，參照圖7，對與燃料電池系統10之散熱器單元18 相關之動作之其他例加以說明。在步驟S丨至步驟S 15中， 與圖6中所示之動作相同，因而省略其重複說明。 於步驟S13_，若水槽16之水量未達第

CPU 86來判斷水之每單位時間（例如，1分鐘）之回收量是 否為特定值土β(例如’ 〇.5公升土 〇」公升）内（步驟S17a)。冰 之每單位時間之回收量可參酌此時間點之至少電池堆12之 輸出及甲醇水溶液之溫度而精度良好地計算出。 於步驟S17a中，若水之回收量為特定值邛之範圍内，貝 直接進入步驟S23a。若水之回收量多於特定值+p，則 86會以使向氣液分離用散熱器⑽中之空氣供給量變少之 方式來控制飼服馬達54，以使板狀構件如氣液分離用散 熱盗38b側擺動特定量（步驟⑽）。另一方面若水之回收

量:於特定值_β，則cpu 86會以使向氣液分離用散熱器 38b中供給較多空氣之方 不仨市j钊服馬達54，以使板狀 構件52向水溶液用散熱器3 後，進入步驟咖。於此’特定擺量H量（步驟S2⑷。然 角度之變化量，亦可為水⑽…為板狀構件52之傾斜 為水吟液用散熱器側： …、器側之流量比之變化量。例如’若特 兔 變化量5。，則板狀構件52會位移5。。量 變化量5%，則板狀構件52擺動以使流量比= 143784.doc -22- 201021276 為55:45。於步驟S15之處理後，亦進入步驟S23a。 於步驟S23a中，藉由大氣溫度感測器68而取得大氣、w 度。然後’根據「曱醇水溶液之溫度-大氣溫度，而+、 」阳求出 入口風扇48a及出口風扇48b之目標轉逮（步驟S25 a)。此 時，參照圖9中所示之表示「甲酵水溶液之溫度_大^、 八瑕i溫 度」與風扇之轉速之對應關係的資料而求出目標轉速。

圖9中所示之資料被設定為，若「曱醇水溶液之溫度·大 氣溫度」越大，則風扇之轉速變得越小。此係考慮到如下 情況：「曱醇水溶液之溫度-大氣溫度」越大，則越可利用 具有大氣溫度之空氣來有效地冷卻曱醇水溶液，另—方 面，「甲醇水溶液之溫度-大氣溫度」越小，則具有大氣溫 度之空氣對甲醇水溶液之冷卻效果越會下降。 然後’將入口風扇48a及出口風扇48b之轉速設定為目根 轉速（步驟S27a)後，結束。 圖7中所示之動作係以特定之間隔重複進行。 根據如此進行動作之燃料電池系統1 〇，若水之回收量較 少，則會減小第2冷卻道46b之通道阻力以促進水之回收， 另一方面’若水之回收量較多，則會加大第2冷卻道斗⑼之 通道阻力以抑制水之回收。 又’ ：¾「曱醇水溶液之溫度-大氣溫度」較大，則會減 小入口風扇48a及出口風扇48b之轉速以抑制向第J冷卻道 46a中之空氣之供給量，從而使對曱醇水溶液之冷卻能力 穩定。藉此，可防止曱醇水溶液之過度冷卻。另一方面， 右 曱醇水溶液之溫度-大氣溫度」較小，則會加大入口 143784.doc •23· 201021276 風扇48a及出口風扇48b之轉速以增加向第1冷卻道46a中之 空氣之供給量，從而使對曱醇水溶液之冷卻能力穩定。藉 此’可防止甲醇水溶液過熱。 進而’參照圖8，對與燃料電池系統1〇之散熱器單元18 相關之動作之其他例加以說明。於該情形時，在步驟s 1至 步驟S15中，亦與圖6中所示之動作相同，因此省略其重複 說明。 於步驟S13中，若水槽16之水量未達第2臨限值，則可取

得水之每單位時間（例如，1分鐘）之回收量及水之每單位時 間（例如，1分鐘）之消耗量（步驟S17b)e水之每單位時間之 消耗量可根據燃料電池24之發電所產生之電流值而計算 出。該電流值可根據來自電流檢測電路92之輸出而求出。 若參酌曱醇水溶液之濃度及溫度以及大氣溫度，便可計算 出渡越量及蒸騰量，因此可精度更好地計算出水之每單位 時間之消耗量。

然後，根據水之每單位時間之「回收量·消耗量」而決 定板狀構件52之目標位置（步驟S19b)e此時，參照圖丨❹中 所示之表示水之每單位時間<「回收[消耗量」與供給 至水溶液用散熱器3 8 a側之空氣量之比例的對應關係的資 料而求出板狀構件52之目標位置，者。 圖中所示之資料被設定為，當水之每單位時間之「 收量-消耗量」越大’則供給至水溶液用散熱器^侧之 氣量之比例變得越大’而供給至氣液分離用散熱器规 之空氣量之比例變得越小。水溶液用散熱器側：氣液分< 143784.doc -24- 201021276 用散熱器側之空氣量之比例係於20:80〜80:20之範圍内進行 調整。 於步驟S19b中，參照圖1〇，根據水之每單位時間之「回 -收量-消耗量」而決定供給至水溶液用散熱器38a側之空氣 量之比例，並據此而求出板狀構件52之目標位置。然後， 板狀構件52擺動至目標位置為止（步驟S21b)，進入步驟 S23b。於步驟S15之處理後，亦進入步驟S23b。 參 於步驟S23b中，藉由大氣溫度感測器68而取得大氣溫 度。接著，藉由位置檢測感測器而取得板狀構件52之位置 (步驟S25bp然後’根據「甲醇水溶液之溫度_大氣溫度」 而求出水溶液用散熱器38a所需之空氣量。此時，參照圖 11中所示之表示「曱醇水溶液之溫度_大氣溫度」與水溶 液用散熱器38a所需之空氣量之對應關係的資料而求出水 溶液用散熱器38a所需之空氣量。 圖11中所示之資料被設定為，當「曱酵水溶液之溫度_ 參 大氣溫度」越大，則水溶液用散熱器38a所需之空氣量變 得越小。其係考慮到如下情況：「f醇水溶液之溫度_大氣 溫度」越大’則越可利用具有大氣溫度之空氣來有效地冷 .卻甲醇水溶液。 然後，根據已求出之空氣量及板狀構件52之位置來決定 入口風扇48a及出口風扇48b之目標轉速（步驟s27b)。入口 風扇48a及出口風扇48b之目標轉速例如以如下方式求出。 首先，求出氣液分離用散熱器地側被全部關閉而僅對 水溶液用散熱器38a供給上述已求出之空氣量所必要的入 143784.doc -25- 201021276 口風扇48a及出口風扇48b之轉速A ^然後，參酌與實際的 板狀構件52之位置相對應的水溶液用散熱器38a與氣液分 離用散熱器38b之空氣供給量之比例。若兩個散熱器之空 氣供給量之比例為水溶液側：氣液分離側=4〇:6〇，則應求 出之入口風扇48a及出口風扇48b之目標轉速B可藉由轉速 Αχ100+40而求出。 然後’將入口風扇48a及出口風扇48b之轉速設定為已求 出之目標轉速（步驟S29b)後，結束。 圖8中所示之動作係以特定之間隔重複進行。 根據如此進行動作之燃料電池系統1 〇，若水之每單位時 間之「回收量-消耗量」較多，則會加大第2冷卻道46b之 通道阻力且減小第1冷卻道46a之通道阻力以抑制水之回收 量。另一方面，若水之每單位時間之「回收量-消耗量」 較少’則會減小第2冷卻道46b之通道阻力且加大第1冷卻 道46a之通道阻力以促進水之回收。 又’根據「甲醇水溶液之溫度-大氣溫度」而求出應供 給至第1冷卻道46a之空氣之量，並根據板狀構件52之位置 而求出用以獲得此供給量之入口風扇48a及出口風扇48b之 轉速。藉此，可使對曱醇水溶液之冷卻能力更加穩定。 再者，圖6〜圖8之步驟S3中之板狀構件52之動作並不限 定於水溶液用散熱器38a之入口全部關閉，亦可使板狀構 件52移動至第1冷卻道46a之通道阻力大於第2冷卻道46b之 通道阻力之任意的位置為止。 又，圖6〜圖8之步驟S9中之入口風扇48a及出口風扇48b 143784.doc • 26· 201021276 之轉速並不限定於特定值，亦可根據「曱醇水溶液之溫 度-大氣溫度」而進行調整。 進而’圖6〜圖8之步驟S15中之板狀構件52之動作並不限 疋於氣液分離用散熱器38b之入口之全部關閉，亦可使板 狀構件52移動至第1冷卻道46a之通道阻力小於第2冷卻道 46b之通道阻力之任意的位置為止。 板狀構件並不限定於圖5中所示之板狀構件52。 例如’如圖12(a)所示，亦可於水溶液用散熱器38a之上 面及氣液分離用散熱器3 8b之上面分別設置板狀構件52a。 使一個板狀構件52a之一端於散熱器38a之上面滑動，藉此 可利用一個板狀構件52a來開閉散熱器38a之上面。根據板 狀構件52a之位置而設定散熱器38a之上面之開閉程度。關 於散熱器38b亦相同。 又’如圖12(b)所示，亦可設置板狀構件52b。板狀構件 52b係由2點支持而配置於流入道44上，可在水溶液用散熱 器38a之上面與氣液分離用散熱器38b之上面之間進行擺 動。根據板狀構件52b之位置而設定散熱器38a之上面及散 熱器38b之上面之開閉程度。 進而，如圖12(c)所示，亦可於水溶液用散熱器38&之上 面及氣液分離用散熱器3 8 b之上面分別設置複數個（此處為 5塊）板狀構件52c。使複數個板狀構件52(：以各自之一端為 支點而於散熱器38a之上面擺動，藉此，可利用複數個板 狀構件52c而將散熱器38a之上面開閉。根據複數個板狀構 件52c之位置而設定散熱器38a之上面之開閉程度。關於散 143784.doc -27- 201021276 熱器38b亦相同。 又，如圖12(d)所示，亦可在水溶液用散熱器38a之上面 及氣液分離用散熱器38b之上面分別設置】塊板狀構件 52d。w塊板狀構件52d以其m點而於散熱器^之 上面進行擺動’藉此，可利用i塊板狀構件52d而將散熱器 8a之上面開閉。根據丨塊板狀構件52d之位置而設定散熱 器38a之上面之開閉程度。關於散熱器38b亦相同。 於上述實施形態中，就對散熱管40a及散熱管40b之外周 直接供給空氣t情形進行了說明，自本發明並不限定於 此，只要對散熱管40a及40b、即第！管及第2管之外周侧供 給流體即可。例如’亦可由其他構件來覆蓋散熱管*及 散熱管40b，對該構件之外面供給流體以冷卻該構件，藉 此冷卻散熱管40a及散熱管4〇b。 作為流體供給機構，並不限定於設置有入口風扇48&及 出口風扇48b之雙方之情形，亦可僅設置有任一方。例 如，在即便無導管56亦可容易向流入道44内導入大氣之情 形時，入口風扇48a便無需要。流體供給機構並不限定於 風扇，可應用泵等可傳送流體之任意的設備。 作為導入至散熱器單元18之流體，並不限定於空氣可 應用氮等任意的氣體或水等任意的液體。當使用液體作為 抓體時，代替入口風扇48a及出口風扇48b而使用泵作為流 體供給機構以，並代替大氣溫度感測器68而使用流體溫度 感測器作為流體溫度取得機構。 溫度感測器28亦可設置於陽極出口 A2附近，檢測自電池 143784.doc 201021276 堆12之陽極出口 A2所排出之甲醇水溶液之溫度。 液溫感測器28等液溫取得機構較好的是設置於自水溶液 槽14經由電池堆12之陽極入口 A1而至陽極出口 A2為止的 任意部位。 - 作為濃度感測器，亦可使用電壓感測器。電壓感測器設 置於例如電池堆12之陽極入口 A1附近，檢測燃料電池以之 開路電壓（Open Circuit Voltage)。可根據該開路電壓而檢 測出甲醇水溶液之濃度。 ❹ 與甲醇水溶液之溫度相關的液溫資訊並不限定於甲醇水 溶液之溫度本身，亦可為電池堆12或燃料電池24之表面溫 度。 與水槽16内之水量相關的水量資訊並不限定於水平感測 器32之檢測值，亦可為水量本身。 於上述實施形態中，使用曱醇作為燃料，且使用甲醇水 溶液作為燃料水溶液，但並不限定於此，亦可使用乙醇等 • 帛系燃料作為燃料，且使用乙醇水溶液等醇系水溶液作為_ 燃料水溶液。 本發明亦可適用力兩輪摩托車等輸送設備或個人電腦等 . t子設備中所搭載之燃料電池純。又，亦可適用於安裝 (固疋）式燃料電池系統。 以上，就本發明之較佳實施形態進行了說明，但已明確 瞭解，在不脫離本發明之範圍及精神之範圍内可進行各種 變更。本發明之範圍僅由隨附之巾請專利範圍所限定。 【圖式簡單說明】 143784.doc •29- 201021276 圖1係表示本發明之一實施形態之燃料電池系統之立體 圖； 圖2係表示散熱器單元之一例之立體圖； 圖3係表示本發明之一實施形態之燃料電池系統之構成 要素的概略圖； 圖4係表示本發明之一實施形態之燃料電池系統之電性 方塊圖； 圖5係表示散熱器單元之一例之圖解圖； 圖6係表示燃料電池系統之動作之一例之流程圖； 圖7係表示燃料電池系統之動作之其他例之流程圖； 圖8係表示燃料電池系統之動作之其他例之流程圖； 圖9係表示「甲醇水溶液之溫度_大氣溫度」與風扇轉速 之對應關係的座標圖； 圖1 〇係表示水的每單位時間之「回收量-消耗量」與水 溶液用散熱器側之空氣量之比例之對應關係的座標圖； 圖11係表示「曱酵水溶液之溫度-大氣溫度」與水溶液 用散熱器所需之空氣量之對應關係的座標圖；及 圖12(a)〜(d)係表示板狀構件之變形例之圖解圖。 【主要元件符號說明】 10 燃料電池系統 12 燃料電池電池堆 14 水溶液槽 16 水槽 18 散熱器單元 143784.doc -30· 201021276

24 燃料電池 24b 陽極 24c 陰極 28 溫度感測Is 30、32 水平感測器 38a 水溶液用散熱器 38b 氣液分離用散熱器 40a、40b 散孰管· 42a ' 42b 散熱片體 44 流入道 46a 第1冷卻道 46b 第2冷卻道 48a 入口風扇 48b 出口風扇 50 擺動軸 52 、 52a〜52d 板狀構件 54 伺服馬達 68 大氣溫度感測器 84 控制器 86 CPU 88 記憶體 F 冷卻通道 P1〜P6、P8、 P9 管 P7 排氣管 143784.doc -31 ·

Claims (1)

1. 201021276 七、申請專利範圍： 1. 一種燃料電池系統，其包括： 含有陽極與陰極之燃料電池，· 使自上述燃料電池之上述陽極排出之燃料水溶液流通 之第1管； 使自上述燃料電池之上述陰極排出之水分流通之第2 管，_ “冷卻通道，其包括：使用以冷卻上述^管及上述第2 管之流體流入之流入道；及自上述流入道分支而用以向 上述第1管之外周側供給上述流體之第丨冷卻道、與用以 向上述第2管之外周側供給上述流體之第2冷卻道，· 調整機構，其用以調整上述冷卻通道之上述第丨冷卻 道及上述第2冷卻道之通道阻力；以及 控制機構’其用以控制上述調整機構。 2.如吻求項1之燃料電池系統，其中進而包括用以對上述 第1管之外周側及上述第2管之外周側供給上述流體的流 體供給機構。 3·如請求項1之燃料電池系統，其中上述調整機構包括： 為了調整上述通道阻力而設置於上述冷卻通道内之板狀 構件；及用以使上述板狀構件活動之驅動機構。 4·如請求項1之燃料電池系統，其中進而包括： 液溫取得機構’其取得與上述燃料水溶液之溫度相關 的液溫資訊； 回收機構’其回收上述水分中所含之水；以及 143784.doc 201021276 水量取得機構，其取得與上述回收機構内之水量相關 的水量資訊； 上述控制機構根據上述液溫取得機構所取得之液溫資 訊與上述水量取得機構所取得之水量資訊來控制上述調 整機構。 5·如請求項4之燃料電池系統’其中上述控制機構係以如 下方式控制上述調整機構：#上述液溫資訊所顯示之溫 度小於第1臨限值時，使上述第w卻道之通道阻力大於 上述第2冷卻道之通道阻力。 & Μ㈣5之㈣電池系統’其中進而包括流體供給機 構，其用以對上述第i管之外周側及上述第2管之外周側 供給上述流體， 上述控制機構係當上述水量資訊所顯示之水量為第2 臨限值以上時會使上述流體供給機構停止，另一方面， 當上述水量資訊所顯示之水量未達上述第2臨限值時會 使上述流體供給機構驅動。 7. 如請求項4之燃料電池系統，其中上述控制機構係以如 下方式控制上述調整機構··當上述液溫資訊所顯示之溫 度為第1臨限值以上且上述水量資訊所顯示之水量為第2 臨限值以上時，使上述第丨冷卻道之通道阻力小於上述 第2冷卻道之通道阻力。 8. 如凊求項4之燃料電池系統，其中上述控制機構係以如 下方式控制上述調整機構：當上述液溫資訊所顯示之溫 度為第1臨限值以上且上述水量資訊所顯示之水量未達 143784.doc 201021276 第2臨限值時，使上述第1冷卻道及上述第2冷卻道各自 之通道阻力大致相等。 9.如請求項8之燃料電池线，其中進而包括流體供給機 冑’其用以對上述第i管之外周側及上述第2管之外周側 供給上述流體， 上述控制機構根據上述液溫取得機構所取得之液溫資 訊來控制上述流體供給機構。 1〇·如請求項4之燃料電池系統，其中上述控制機構係當上 述液溫資訊所顯示之液溫為第丨臨限值以上且上述水量 資訊所顯示之水量未達第2臨限值時，會根據水之回收 量來控制上述調整機構。 11·如請求項10之燃料電池系統，其中進而包括： 流體溫度取得機構，其取得與上述流體之溫度相關的 流體溫度資訊；及 流體供給機構，其用以對上述第丨管之外周側及上述 φ 第2管之外周侧供給上述流體； ' 上述控制機構根據上述液溫取得機構所取得之液溫資 訊及上述流體溫度取得機構所取得之流體溫度2 . 制上述流體供給機構。 5 " 12. 如請求項4之燃料電池系統，其中上述控制機構係當上 述液溫資訊所顯示之液溫為第丨臨限值以上且上述水量 資訊所顯示之水量未達第2臨限值時，會根據水之回: 量及水之消耗量來控制上述調整機構。 13. 如請求項12之燃料電池系統，其中進而包括·· 143784.doc 201021276 流體溫度取得機構，其取得與上述流體之溫度相關的 流體溫度資訊； 板狀構件，其為了調整上述通道阻力而可位移地設置 於上述冷卻通道内；及 流體供給機構，其用以對上述第1管之外周侧及上述 第2管之外周側供給上述流體； 上述控制機構根據上述液溫取得機構所取得之液溫資 訊、上述流體溫度取得機構所取得之流體溫度資訊、及 上述板狀構件之位置來控制上述流體供給機構。 143784.doc