[发明专利]燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括管状燃料电池的燃料电池，具体涉及一种能够改善管状燃料电池的热交换效率的燃料电池。

背景技术

在常规固体聚合物电解质燃料电池中(以下，称为“PEFC(聚合物电解质燃料电池)”)，通过在膜电极组件(以下称为“MEA”)中发生的电化学反应产生的电能，经由设置在所述MEA两侧的隔离体被提取到所述PEFC的外部，所述膜电极组件包括平的电解质膜和在电解质膜两侧设置的电极(阴极和阳极)。PEFC可以在低温区域工作。此外，由于具有高能量转换效率、短的启动时间、小尺寸和轻质系统，作为电瓶车或者便携式的电源的电源，PEFC引起了注意。

同时，上述PEFC的单元电池包括例如电解质膜、阴极、由至少一层催化剂层构成的阳极和隔离体等构成元件，并且它的理论电动势是1.23伏。然而，如此低的电动势作为电瓶车等的电源是不够的。因此，通常使用堆叠的PEFC(以下简称为“燃料电池”)作为电源，所述堆叠PEFC被配置为在堆叠体的两端设置端板或类似装置，在所述堆叠体中，单元电池按照堆叠方向串联堆叠。另外，为了进一步提高燃料电池的发电效率，优选减小所述单元电池的尺寸，并增加每单位面积的发电反应(输出密度)面积。

为了提高常规平板燃料电池(以下有时称为“平板FC”)的每单位面积的输出密度，并提高其发电效率，必须减小所述平板FC中上面所述的构成元件的尺寸。然而，如果设定所述平板FC的构成元件的厚度小于或等于预设的厚度，那么每个构成元件的功能、强度等有可能降低。因此，将具有上述配置的燃料电池的每单位面积的输出密度增加到等于或大于某一密度，在结构上是比较困难的。

根据这些方面，近年来，进行了关于管状类型的PEFC(下文有时称为“管状PEFC”)的研究。所述管状PEFC的单元电池(下文有时称为“管状电池”)包括中空状的MEA(下文简称为“中空MEA”)，所述MEA具有中空状的电解质层以及分别在所述电解质层内部和外部设置的中空状的电极层。通过向中空MEA的内部和外部供应反应气体(氢基气体和氧基气体)引发电化学反应，并且将所述电化学反应产生的电能经过设置在中空MEA的内部和外部的集电器提取到外面。也就是说，管状PEFC通过向每个单元电池中的中空MEA的内部供应一种反应气体(氢基气体或者氧基气体)以及向外部中空MEA供应另一种反应气体(氢基气体或者氧基气体)帮助提取电能。换句话说，由于管状PEFC允许两个相邻的单元电池的外部具有相同的反应气体，因此可以省略在常规平板PEFC中的具有气体屏蔽功能的隔离体。从而，管状PEFC能有效地减小单元电池的尺寸。

已经公开了几种与所述管状燃料电池(下文中可简称为“管状FC”)相关的技术，例如管状PEFC。例如，公布的PCT申请No.2004-505417的日本译文公开了一种技术，该技术被配置为，使多个管状燃料电池(微电池)成束，并在束中设置圆状热传输管道，以形成模块电化学电池组件。据此，该技术使得可以消除微电池束产生的大量热量。

然而，在公布的PCT申请No.2004-505417的日本译文中公开的技术中，因为冷却管是柱状，管状燃料电池之一与冷却管之一仅仅在线上相互接触，所以难于提高冷却效率。

因此，本发明的目标是提供一种能够提高管状燃料电池热交换效率的燃料电池。

发明内容

为了解决上述问题，本发明采用了下述方法。本发明的第一方案是包括如下的燃料电池：多个平行设置的管状电池；以及被设置在所述管状电池的外面的热交换器，其中，所述管状电池的外周表面的至少一部分与所述热交换器的外表面具有相对于彼此的面接触。

在本发明的第一方案中，术语“被设置在所述管状电池的外面的热交换器”是指，热交换器被设置为，使得与所述管状电池的外周表面的至少一部分面接触。在本发明中(包括本发明的第一方案和下面描述的第二方案)，术语“热交换器”指内部具有热介质通道的部件。当冷却介质通过所述通道流动时，热交换器作为冷却管工作以冷却管状电池。同时，当热介质通过所述通道流动时，热交换器作为加热管道工作以加热管状电池。本发明的热交换器类型(包括本发明的第一方案和下面描述的第二方案)不限定，只要其内部具有热介质通道。它不仅具有单个中空部分的冷却管，而且，如下文所述，它可包括一种热交换器，在该热交换器中，提供多个热介质通道，并且所述热交换器通过连接多个管状热交换器的厚壁部分形成。此外，在本发明的第一方案中，对于与热交换器面接触的管状电池的数量没有特别限定。热交换器可以只与单个管状燃料电池面接触，也可以与多个(例如，大于等于四个)管状电池面接触。