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)明的領(lǐng)域本發(fā)明涉及燃料電池系統(tǒng)。
本發(fā)明的背景日本專利局2000年公布的Tokkai 2000-156236公開一種聚合物電解燃料電池(PEFC)系統(tǒng)，它具有一個(gè)水份交換熱交換器，以便將水份由陰極排氣轉(zhuǎn)移至新鮮空氣。
本發(fā)明的提要在此燃料電池系統(tǒng)中，壓縮的空氣進(jìn)入放置在空氣供給裝置下游的水份交換的熱交換器。另一方面，陰極排氣的壓力已在燃料電池組內(nèi)由于壓力損失而降低，它進(jìn)入水份交換的熱交換器內(nèi)。因此，水份不足以由陰極排氣轉(zhuǎn)移至新鮮空氣，因?yàn)樾迈r空氣和陰極排氣之間的壓力差很小。
本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池系統(tǒng)，它可以有效地將水份由排出的空氣轉(zhuǎn)移至新鮮空氣。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種車輛用的燃料電池系統(tǒng)。此燃料電池系統(tǒng)具有一個(gè)燃料電池，它借助空氣和富氫氣體之間產(chǎn)生反應(yīng)而產(chǎn)生電能，一個(gè)空氣供給裝置供給壓縮空氣至燃料電池，以及水份交換器吸收燃料電池排放的陰極排氣中的水份，以及在壓縮之前供給水份至空氣。
這些細(xì)節(jié)以及本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將在說明書的其余部分列出以及如附圖所示。
附圖的簡要說明

圖1是按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖2是水份交換器的示意圖，它具有一個(gè)水份滲透薄膜。
圖3是水份交換器的示意圖，它具有一個(gè)水保持薄膜。
圖4是水份交換器的示意圖，它具有一層松孔金屬。
圖5是水份交換器的示意圖，它具有一個(gè)冷卻層。
圖6是當(dāng)冷卻水的溫度升高時(shí)，說明燃料電池系統(tǒng)的行為的流程圖。
圖7是在沒有水份交換器時(shí)燃料電池的水蒸汽的分壓變化的說明圖。
圖8是按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的溫度變化的說明圖。
圖9是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖10是按照本發(fā)明的第三實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖11是按照本發(fā)明的第四實(shí)施例的燃料電池系統(tǒng)的示意圖。
圖12是流程圖，說明按照本發(fā)明借助控制器控制燃料電池系統(tǒng)內(nèi)水份數(shù)量進(jìn)行的程序的流程圖。
最佳實(shí)施例的說明參見圖1，車輛用的燃料電池系統(tǒng)具有空氣過濾器6，空氣供給裝置7，冷卻器10，燃料電池組2，水份交換器30，冷凝器60。
空氣過濾器6清潔被空氣供給裝置7吸收的新鮮空氣。水份交換器30放置在空氣過濾器6和空氣供給裝置7之間。為了對被空氣供給裝置吸收的新鮮空氣增濕，水份交換器30轉(zhuǎn)移水份由陰極排氣至新鮮空氣?？諝夤┙o裝置具有風(fēng)扇或壓縮機(jī)，它壓縮新鮮空氣至燃料電池組2的工作壓力以及供給壓縮的新鮮空氣通過冷卻器10至燃料電池組2的陰極電極。冷卻器10冷卻新鮮空氣至燃料電池組2的工作溫度。冷卻器10內(nèi)的冷凝水通過管道11收集到水箱81內(nèi)。
燃料電池組2產(chǎn)生電能是借助使供給至陰極電極的新鮮空氣中的氧與供給至陽極電極的富氫氣體內(nèi)的氫反應(yīng)。
燃料電池組2產(chǎn)生大量的水蒸汽，作為氫和氧反應(yīng)的產(chǎn)物。作為在陰極電極上產(chǎn)生的陰極排氣的一部分，水蒸汽排放至冷凝器60。水箱81收集冷凝器60內(nèi)冷卻的陰極排氣中的冷凝水。移動通過冷凝器60的陰極排氣仍舊含有水份和將水份給予水份交換器30內(nèi)的新鮮空氣。在水份被清除后，干燥的陰極排氣進(jìn)入燃燒室1。
水份交換器30放置在空氣供給裝置7的吸氣邊。水份交換器30內(nèi)的新鮮空氣的壓力大致等于空氣供給裝置7的風(fēng)扇或壓縮機(jī)的吸氣壓力。進(jìn)入水份交換器30的空氣的溫度大致等于大氣的溫度，因此，在新鮮空氣和陰極排氣之間實(shí)現(xiàn)了適合于水份轉(zhuǎn)移的壓力差和溫度差。
此燃料電池系統(tǒng)還具有重整器4，一氧化碳脫氧器16，冷凝器62，活門41，燃燒室1，蒸發(fā)器3，泵86和泵87。
作為電能產(chǎn)生的結(jié)果，在陽極上產(chǎn)生陽極排氣。燃燒室1燃燒陽極排氣和陰極排氣的混合物，以及供給此燃燒氣體至蒸發(fā)器3。
泵86傳送燃料由燃料箱80至燃燒室3。泵87傳送水由水箱81至燃燒室3。
蒸發(fā)器3使用燃燒氣體的熱量蒸發(fā)燃料和水。在加熱燃料和水之后，燃燒氣體排放入大氣。
重整器4借助在蒸發(fā)的燃料和蒸汽之間由于催化而產(chǎn)生的反應(yīng)產(chǎn)生重整的氣體。一氧化碳脫氧器16清除重整的氣體中的一氧化碳，以產(chǎn)生富氫氣體和供給此富氫氣體至燃料電池組2。
在燃料電池組2內(nèi)，富氫氣體與新鮮空氣反應(yīng)以產(chǎn)生電能。冷凝器62冷卻由燃料電池組2排放的陽極排氣，以清除陽極排氣中的水份。陽極排氣通過活門41供給至燃燒室1。
水箱81存儲由冷凝器60，冷凝器62，以及冷卻器10收集的水。水箱81還存儲由水份交換器30收集的剩余水。
為了控制在水份交換器30內(nèi)轉(zhuǎn)移水份的數(shù)量，燃料電池系統(tǒng)具有控制器85，它具有一個(gè)微計(jì)算機(jī)，它的組件為中央處理器(CPU)，隨機(jī)存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，以及輸入/輸出接口(I/Ointerface)。
為了控制水份交換器30內(nèi)的轉(zhuǎn)移水份的數(shù)量，一個(gè)探測水箱81的水位的水位傳感器82連接至控制器85?？刂破?5還控制活門40，以調(diào)節(jié)陰極排氣的壓力。水位傳感器82探測水箱81的水位和將它傳送到控制器85?？刂破?5觀察水位和控制水份交換器30內(nèi)的轉(zhuǎn)移水份的數(shù)量。為了實(shí)現(xiàn)上述控制，控制器85借助活門40的開啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)陰極排氣的壓力。
參見圖2至圖5，說明水份交換器30的結(jié)構(gòu)。圖2所示的水份交換器30具有水蒸汽可滲透薄膜31A，它分離新鮮空氣和陰極排氣。陰極排氣中的水蒸汽移動至新鮮空氣，因?yàn)樗羝蓾B透薄膜僅允許水蒸汽通過它移動。如前所述，按照本發(fā)明在燃料電池系統(tǒng)中，陰極排氣和水份交換器30內(nèi)的新鮮空氣之間的壓力差大。再者，陰極排氣的水蒸汽的分壓力大于新鮮空氣的，因?yàn)殛帢O排氣具有比新鮮空氣高得多的水份。因此，實(shí)現(xiàn)了由陰極排氣至新鮮空氣水蒸汽的有效的轉(zhuǎn)移。
圖3所示的水份交換器30具有水保持薄膜31B，它分離新鮮空氣和陰極排氣。由于新鮮空氣冷卻水份交換器30內(nèi)的陰極排氣，陰極排氣內(nèi)的水份冷凝在水保持薄膜31B上陰極排氣邊內(nèi)。水保持薄膜31B吸收冷凝水和保持一定數(shù)量的水份。相反，在新鮮空氣邊，在水保持薄膜31B內(nèi)的保持的水份蒸發(fā)進(jìn)入新鮮空氣，其水蒸汽的分壓力低。在按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，水保持薄膜上水份的冷凝有效地進(jìn)行，由于在陰極排氣和新鮮空氣之間有大的溫度差。因此，水份可以有效地由陰極排氣轉(zhuǎn)移至新鮮空氣。
圖4所示的水份交換器30具有松孔金屬板31C，它分離新鮮空氣和陰極排氣。陰極排氣借助使用陰極排氣和新鮮空氣之間大的溫度差冷卻，以及陰極排氣內(nèi)的水份冷凝在松孔金屬板上陰極排氣邊內(nèi)。由于陰極排氣的壓力比新鮮空氣的高得多，松孔金屬板31C上在陰極排氣邊內(nèi)的冷凝水通過松孔金屬板31C的孔推入新鮮空氣邊。水被蒸發(fā)由松孔金屬板31C的表面新鮮空氣邊進(jìn)入新鮮空氣。因此，水份可以有效地由陰極排氣轉(zhuǎn)移至新鮮空氣。
圖5所示的交換器30具有冷卻層31D，它分離新鮮空氣和陰極排氣。冷卻層31D具有一對膜片31E，它僅通過水份和分離出至陰極排氣和新鮮空氣的冷卻水通道31F，陰極排氣中的冷凝水滲透膜片31E和達(dá)到冷卻水通道31F。與此相反，流動通過冷卻水通道31F的部分水滲透膜片31E和蒸發(fā)進(jìn)入新鮮空氣。冷卻與通道31F連接至水箱81。水箱81收集那些沒有通過冷卻水通道31F蒸發(fā)的剩余的水。為了提高冷卻陰極排氣的能力，更多的冷卻水可用于冷卻陰極排氣。
以下，討論燃料電池系統(tǒng)的水平衡。
一個(gè)燃料電池系統(tǒng)，它不能回收陰極和/或陽極排氣中的水份以及不能接收來自系統(tǒng)外部的補(bǔ)充水，具有下列關(guān)系燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的水的數(shù)量＞燃料電池系統(tǒng)損失的水的數(shù)量在上述表達(dá)式中，燃料電池系統(tǒng)產(chǎn)生的水的數(shù)量指吸收的新鮮空氣中所含的水的數(shù)量A，以及在燃料電池組2內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的水?dāng)?shù)量B。燃料電池系統(tǒng)損失的水的數(shù)量指使用于重整的水的總量C，以燃燒氣體形式排放入大氣中的陰極排氣中的水的數(shù)量D，以及以燃燒氣體形式排放入大氣中的陽極排氣中的水的數(shù)量E。
使用上述術(shù)語A-E的下列表達(dá)式可以一般地表達(dá)水平衡A+B＞C+D+E或者代替地，A+B-(C+D+E)＞0然而，如果富氫氣體和新鮮空氣增濕，用于增濕的水最終以燃燒氣體的形式排放入大氣中。因此，水平衡可以按下列關(guān)系式A+B-(C+D+E)＜0如果此條件繼續(xù)，燃料電池系統(tǒng)由于燃料電池系統(tǒng)內(nèi)水的缺乏而不能保持工作。為了避免水的缺乏，需要至少一個(gè)冷凝器60或62，以分別收集陽極排氣或陰極排氣內(nèi)的水。如果設(shè)置此種冷凝器，排放入大氣中的水減少，以及燃料電池系統(tǒng)能夠保持上述關(guān)系。
如果燃料電池系統(tǒng)使用于車輛內(nèi)，例如，冷凝器60和62的尺寸被車輛可使用的空間限制。例如，散熱器在車輛上用于冷卻冷卻水，散熱器受限制的尺寸以及通過散熱器的受限制的冷卻空氣通道限制了散熱器的冷卻能力。由于此原因，根據(jù)工作條件，冷凝器60或62不能冷卻陰極排氣或陽極排氣至要求的溫度，以回收保持工作的足夠的水。
在燃料電池系統(tǒng)中，水份交換器30協(xié)助冷凝器60或62回收陰極排氣中的水份，以便對新鮮空氣增濕。因此，系統(tǒng)可保留足夠的水以維持工作，與冷凝器60或62內(nèi)回收的水的數(shù)量無關(guān)。
以下，比較具有水份交換器30的燃料電池系統(tǒng)的水平衡，以及沒有水份交換器30的燃料電池系統(tǒng)的水平衡。
假設(shè)沒有水份交換器30的燃料電池系統(tǒng)在冷凝器60的出口處必須冷卻陰極排氣至52℃或更低，用于燃料系統(tǒng)工作，借助使用水份交換器30，可以可使新鮮空氣溫度為50℃和相對濕度為50％，供給上述燃料電池系統(tǒng)，此燃料電池系統(tǒng)可以借助冷卻冷凝器60內(nèi)的陰極排氣至62℃而維持工作。換句話說，冷凝器60內(nèi)的冷卻水可以借助水份交換器30調(diào)節(jié)高出10℃。如果冷卻水的冷卻是借助具有熱失散率0.3kW/K·m2的散熱器，單位面積內(nèi)的熱失散率增加3kW/m2，因?yàn)槔鋮s水和外界空氣之間的溫度差增加了10℃。因此，散熱器的效率提高，以及散熱器的尺寸可以減小。
參見圖6，按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)如何對應(yīng)于冷卻水溫度的升高。冷凝器60的冷卻水在步驟S1內(nèi)由于某些原因不能夠充分地冷卻，以及冷卻水的溫度在步驟S2內(nèi)提高。在步驟S3，冷凝器60的熱交換率由于冷卻水的溫度提高而降低。在步驟S4，來自冷凝器60的陰極排氣的輸出溫度提高。在步驟S5，陰極排氣中水份的冷凝由于冷凝器60的熱交換率的降低而降低。因此，冷凝器60的出口處的陰極排氣中的水份數(shù)量提高。在步驟S6，進(jìn)入水份交換器30的陰極排氣中的水份的數(shù)量提高。在步驟S7，隨著陰極排氣中水份的數(shù)量的提高，水份交換器30內(nèi)的水份轉(zhuǎn)移率提高。作為其結(jié)果，水份交換器30協(xié)助冷凝器60，它不能充分地回收水份以維持燃料電池系統(tǒng)的工作。
參見圖7，討論放置水份交換器30在空氣供給裝置7的吸氣邊的優(yōu)點(diǎn)。
圖7示出在設(shè)有水份交換器30的燃料電池系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力和水蒸汽的分壓力的變化。在空氣供給裝置7的吸氣邊，新鮮空氣的壓力降低至稍低于大氣壓力。它大致等于壓縮空氣供給裝置7的風(fēng)扇或壓縮機(jī)的吸氣壓力。空氣供給裝置7的吸氣邊的新鮮空氣的水蒸汽的分壓力實(shí)質(zhì)上等于大氣壓力。在空氣供給裝置7的出口處的空氣的壓力提高，因?yàn)榭諝夤┙o裝置7壓縮新鮮空氣至燃料電池組的工作壓力。隨著空氣壓力的提高，水蒸汽的分壓力提高。
在燃料電池組2的出口處陰極排氣的壓力降低至空氣供應(yīng)裝置7的出口壓力以下，作為燃料電池組2壓力損失的結(jié)果。相反，陰極排氣內(nèi)水蒸汽的分壓力比供給至燃料電池組2的新鮮空氣的大得多，這是由于燃料電池組2內(nèi)產(chǎn)生的水份排放進(jìn)入陰極排氣。
在冷凝器60的出口處，陰極排氣的壓力由于冷凝器60的壓力損失而降低。在冷凝器60內(nèi)，水蒸汽的分壓力變成等于飽和的水蒸汽壓力。冷凝器60收集冷凝的飽和水。因此，在冷凝器60出口處，水蒸汽的分壓力等于飽和的水蒸汽壓力，它相當(dāng)于陰極排氣的溫度。
在按照本發(fā)明具有水份交換器30的燃料電池系統(tǒng)中，水份交換器30放置在空氣供給裝置7的吸氣邊，以及冷凝器60的排氣邊。在此燃料電池系統(tǒng)中，進(jìn)入水份交換器30的水蒸汽的分壓力和新鮮空氣的壓力與空氣供給裝置7的吸氣開口處新鮮空氣的相等，如圖7所示。進(jìn)入水份交換器30的水蒸汽的分壓力和陰極排氣的壓力與冷凝器60的排氣邊的陰極排氣的相等，如圖7所示?？諝鈮毫χg的差別以及水蒸汽分壓力之間的差別允許水份有效的轉(zhuǎn)移，由陰極排氣至新鮮空氣。例如，在帶有水份交換器30的燃料電池系統(tǒng)中，水份交換器30具有松孔金屬31C，冷凝在松孔金屬31C上的水可以有效地轉(zhuǎn)移至新鮮空氣內(nèi)，因?yàn)殛帢O排氣的壓力比新鮮空氣的壓力高。
參見圖8，在按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)中，討論進(jìn)入水份交換器30的陰極排氣和新鮮空氣溫度的變化。由空氣供給裝置7壓縮的新鮮空氣的出口溫度根據(jù)壓縮率變化。冷卻器10冷卻壓縮的新鮮空氣至預(yù)定的溫度，以便燃料電池組2的有效的工作。
在圖8內(nèi)來自冷凝器60的陰極排氣的出口溫度Tc與進(jìn)入水份交換器30的陰極排氣的溫度相等。再者，圖8內(nèi)的大氣溫度Ta與進(jìn)入水份交換器30的新鮮空氣的溫度相等。因此Tc-Ta代表水份交換器30內(nèi)陰極排氣和新鮮空氣之間的溫度差。
在Tokkai 2000-156236公開的普通的燃料電池系統(tǒng)中，水份交換器放置在空氣供給裝置的排氣邊。因此，具有高溫和高壓的新鮮空氣進(jìn)入水份交換器的新鮮空氣邊。由于大氣溫度和壓力低于被空氣供給裝置壓縮的新鮮空氣的，有利的是放置水份交換器在空氣供給裝置7的吸氣邊，以便促進(jìn)陰極排氣冷卻和水份交換。
以下，參見圖9，討論本發(fā)明的第二實(shí)施例。
按照本實(shí)施例，冷凝器60放置在水份交換器30的排氣邊。系統(tǒng)的其它器件的排列與第一實(shí)施例中相同。
雖然在第一實(shí)施例中陰極排氣被冷凝器60冷卻而進(jìn)入水份交換器30，在本實(shí)施例中被燃料電池組2排放的高溫陰極排氣進(jìn)入水份交換器30。因此，新鮮空氣被加熱至較高溫度。如果新鮮空氣的壓力保持恒定，飽和水蒸汽的壓力隨著新鮮空氣溫度的提高而提高。例如，在溫度60℃時(shí)的飽和水蒸汽壓力為約0.199bar，而在溫度80℃時(shí)的飽和水蒸汽壓力提高至約0.474bar。作為其結(jié)果，新鮮空氣能包含的水蒸汽增加，以及較多的水份可以供給至新鮮空氣。
再者，水份交換器30可以在陰極排氣進(jìn)入冷凝器60之前，借助冷卻陰極排氣而減少冷凝器60的冷卻載荷。因此，冷卻冷卻水用的散熱器的尺寸可以減少。
參見圖10，討論本發(fā)明的第三實(shí)施例。
按照本實(shí)施例，借助使用水份交換器30而省去冷凝器60，水份交換器30具有冷卻層31D，示于圖5。泵95泵送水份交換器30用的冷卻水由水箱81至散熱器71。在冷卻水被散熱器71冷卻后，冷卻水冷卻陰極排氣。在此之后，冷卻水返回至水箱81。系統(tǒng)的其它器件的排列與第一實(shí)施例中相同。
省去冷凝器60實(shí)現(xiàn)了小的和重量輕的燃料電池系統(tǒng)。再者，如果進(jìn)入新鮮空氣的蒸發(fā)水份的數(shù)量和由陰極排氣冷凝的水份數(shù)量不平衡，水箱81供給補(bǔ)充水或收集剩余水。因此，水份交換器30可以清除陰極排氣中的水份，與進(jìn)入新鮮空氣的蒸發(fā)水的數(shù)量無關(guān)。
參見圖11，討論本發(fā)明的第四實(shí)施例。按照本實(shí)施例，燃料電池系統(tǒng)具有一個(gè)空氣通道31，它可使一部分新鮮空氣旁路通過水份交換器30。通道31具有活門32，它控制旁路通過水份交換器30的新鮮空氣的流動率。系統(tǒng)的其它器件的排列與第一實(shí)施例中相同。
借助控制旁路通過水份交換器30的新鮮空氣的流動率，控制器85增加或減少移動通過水份交換器30的新鮮空氣的流量。如果進(jìn)入水份交換器30的新鮮空氣的流量增加，由陰極排氣至新鮮空氣轉(zhuǎn)移的水份數(shù)量也增加。如果進(jìn)入水份交換器30的新鮮空氣的流量減少，轉(zhuǎn)移的水份數(shù)量也減少。
為了實(shí)現(xiàn)上述控制，控制器85借助執(zhí)行圖12所示的程序確定旁路通過的新鮮空氣的流動率。
參見圖12，在步驟S11，控制器85讀出來自水位傳感器82的水位，它探測水箱81內(nèi)的水位。
在步驟S12，控制器85借助對比水位的現(xiàn)在值和水位的以往值，計(jì)算水箱81內(nèi)水位的變化率。
在步驟S13，控制器85在一個(gè)時(shí)期后根據(jù)水位的變化率預(yù)定水位。
在步驟S14，控制器85確定預(yù)定的水位是否在工作的水位范圍內(nèi)。
如果預(yù)定的水位是在工作的水位范圍內(nèi)，控制器85確定水供給和水消耗在燃料電池系統(tǒng)內(nèi)是平衡的，以及程序進(jìn)入步驟S15。
在步驟S15，控制器85保持現(xiàn)在的旁路流量。相反，如果預(yù)定的水位超出工作的范圍，程序進(jìn)入步驟S16。
在步驟S16，控制器85確定，預(yù)定的水位高于或低于工作的范圍。如果預(yù)定的水位低于工作的范圍，控制器85確定系統(tǒng)將面臨水缺乏，程序進(jìn)入步驟S17。如果預(yù)定的水位高于工作的范圍，控制器85確定系統(tǒng)將面臨水溢流，以及程序進(jìn)入S18。
在步驟S17，控制器85減少活門32的開啟角，以減少旁路流量和增加進(jìn)入水份交換器30的新鮮空氣的流量。這個(gè)過程增加了由陰極排氣至水份交換器30內(nèi)新鮮空氣的轉(zhuǎn)移水的數(shù)量，以及防止了系統(tǒng)的水缺乏。
在步驟S18，控制器85增加了活門32的開啟角，以增加旁路流量和減少進(jìn)入水份交換器30的新鮮空氣的流量。這個(gè)過程減少了由陰極排氣至水份交換器30內(nèi)新鮮空氣的轉(zhuǎn)移水的數(shù)量，以增加由系統(tǒng)排放的水份，以及防止了水的溢流。再者，增加旁路流量可以減少空氣供給裝置7的功率消耗，因?yàn)樗萁粨Q器30的壓力損失可以降低。
本發(fā)明可以應(yīng)用于一種燃料電池系統(tǒng)，它直接供給氫氣至燃料電池組。
本發(fā)明可以應(yīng)用于一種燃料電池系統(tǒng)，它沒有冷凝器60和/或冷凝器62。
日本專利申請書P2001-080122(filed on March，21，2001)的全部內(nèi)容列在這里供參考。
雖然本發(fā)明的上述說明參考了本發(fā)明的一些實(shí)施例，本發(fā)明不應(yīng)局限于上述的實(shí)施例。對于技術(shù)熟練人員，參照上述教學(xué)內(nèi)容，可做出上述實(shí)施例的各種改進(jìn)和變動。本發(fā)明的范圍參照下列權(quán)利要求限定。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用于車輛用的緊湊的和重量輕的燃料電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池系統(tǒng)，它具有燃料電池(2)，它借助空氣和富氫氣體之間的反應(yīng)和排放陰極排氣而產(chǎn)生電能；空氣供給裝置(7)，它吸收空氣和供給壓縮的空氣至燃料電池；以及水份交換器(30)，它吸收陰極排氣中的水份和供給此水份至將被空氣供給裝置(7)吸收的空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，水份交換器具有水蒸汽可滲透薄膜(31A)，它分離空氣和陰極排氣，以及允許水蒸汽滲透，由陰極排氣至空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，水份交換器具有水保持薄膜(31B)，它分離空氣和陰極排氣，吸收陰極排氣內(nèi)的水份，以及蒸發(fā)吸收的水份至空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，水份交換器具有松孔金屬(31C)，它分離空氣和陰極排氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，其特征在于，水份交換器具有冷卻水通道(31F)，它借助膜片(31E)分離空氣和陰極排氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的燃料電池系統(tǒng)，它還具有水箱(81)，它與冷卻水通道連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，它還具有冷卻器(10)，它冷卻壓縮空氣，以及水箱(81)，它收集冷卻器內(nèi)冷凝的水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，它還具有冷凝器(60)，它冷凝和分離出被燃料電池排放出的陰極排氣中的水份。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池系統(tǒng)，它還具有冷凝器(60)，它進(jìn)一步冷凝和分離出陰極排氣中的水份，此陰極排氣中的部分水份已在水份交換器內(nèi)被清除。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)還具有旁路通道(31)，它借助旁路通過水份交換器而供給空氣至燃料電池；活門(32)，它增加或減少通過旁路通道的空氣流動率；傳感器(82)，它探測水箱內(nèi)的水位；以及可編程的控制器(85)，它編程以便(S12)計(jì)算水位的變化率；(S13)根據(jù)變化率計(jì)算預(yù)定的水位；以及(S17，S18)控制活門，以增加或減少根據(jù)預(yù)定的水位的旁路流動率。
全文摘要
按照本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具有水份交換器(30)，位于空氣供給裝置(7)的空氣供給邊。這樣導(dǎo)致新鮮空氣和水份交換器(30)內(nèi)陰極排氣的壓力差和溫度差，以及促進(jìn)了水份的轉(zhuǎn)移。由于水份交換器(30)有效地轉(zhuǎn)移水份，有可能減少冷卻水用的散熱器和冷凝器(60)的尺寸。因此就有可能減小燃料電池系統(tǒng)的重量和尺寸。
文檔編號H01M8/06GK1650456SQ0280004
公開日2005年8月3日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月21日
發(fā)明者飯尾雅俊 申請人:日立自動車株式會社