[发明专利]用于直接甲醇燃料电池的具有稳定结构的水控制器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种水控制器系统，所述水控制器系统构造为如下结 构：将由直接甲醇燃料电池系统的阴极产生的水和由直接甲醇燃料电 池系统的阳极产生的二氧化碳及未反应的甲醇溶液引入该水控制器系 统中，使二氧化碳从该水控制器系统排出，并且使甲醇溶液循环至相 应电极以再利用该甲醇溶液，并且更具体而言，涉及一种包括如下结 构的水控制器系统：其中包含预定量水的密封式盒(seal-type case)；其 中部分包含甲醇溶液(甲醇与水)的中空结构浮动构件；设置在水控制器 系统上部用于排出二氧化碳的排气口；设置在水控制器系统下部用于 将水、二氧化碳和未反应的甲醇溶液通过其从阴极和阳极引入水控制 器系统的气体/溶液入口；和设置在水控制器系统下部用于向阳极供给 甲醇溶液的排出口，其中从入口延伸的弹性入口管以及从排出口延伸 的弹性出口管与在在密封式盒中漂浮的浮动构件的下端连接，并且从 排气口延伸的弹性排气管与浮动构件的上端连接，以及本发明涉及一 种包括所述水控制器系统的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池是一种将由燃料(氢或甲醇)与氧化剂(氧或空气)之间的电 化学反应产生的化学能直接转化成电能的新型电力产生系统。由于高 能量效率和低污染物排出，即保护环境特性，燃料电池作为下一代能 源资源受到极大关注，并对燃料电池进行了大量研究。

基于所用的电解质的种类，燃料电池可分成磷酸燃料电池、碱性 燃料电池、聚合物电解质燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和固体氧化 物燃料电池。其中，质子交换膜燃料电池可分成使用氢气作为燃料的 质子交换膜燃料电池或者其中向阳极供给液相甲醇作为直接燃料的直 接甲醇燃料电池。

由于100℃或更低的低工作温度、因为使用固体电解质排除了泄漏 问题、迅速起动与反应特性及极好的耐久性，聚合物电解质燃料电池 作为便携式电源部件、车辆用电源部件或家用电源部件受到关注。尤 其，与其它燃料电池相比，直接甲醇燃料电池具有单一燃料供给系统， 并且直接甲醇燃料电池的整体结构不复杂。此外，直接甲醇燃料电池 的小型化是可能的。因此，直接甲醇燃料电池作为便携式燃料电池的 研究正在进行中。

图1为表示普通直接甲醇燃料电池系统的示意图。

参照图1，燃料电池系统100包括：具有设置在由聚合物材料制成 的电解质膜116的对边的阴极112和阳极114的燃料电池；用于向阴 极112供给包括氧作为燃料的空气的第一泵140；用于向阳极114供给 作为燃料的甲醇溶液的第二泵150；构造为将从燃料电池110产生的水、 二氧化碳和未反应的甲醇通过管160和170引入水控制器系统200，通 过出口管190从水控制器系统200排出二氧化碳，并且通过第二泵150 再次向燃料电池110供给水和未反应的甲醇的水控制器系统200；用于 向水控制器系统200供给废甲醇的第三泵180；热交换器；及甲醇储藏 容器(纯MeOH)。

向阳极114供给的甲醇溶液被分离成氢离子与电子。氢离子通过 电解质膜116迁移至阴极112，并且电子经由外部电路(未显示)迁移至 阴极112，由此从燃料电池110产生电力。此时，从阴极112产生水， 并且从阳极114产生二氧化碳和未反应的甲醇。水、二氧化碳和未反 应的甲醇被引入水控制器系统200。在其中，水和未反应的甲醇与纯甲 醇(该纯甲醇从外部供给以补充消耗甲醇的量)混合，并且向燃料电池再 次供给该混合物。

如上所述，与化学电池不同，直接甲醇燃料电池系统通常仅在向 直接甲醇燃料电池系统连续供给甲醇溶液和其连续除去二氧化碳时工 作。为此，向直接甲醇燃料电池系统连续供给甲醇溶液并且连续除去 二氧化碳的水控制器系统的功能是非常重要的。

通常，在水控制器系统中排出二氧化碳气体的二氧化碳排出部位、 排出甲醇溶液液体的甲醇溶液排出部位是固定的。结果，当水控制器 系统倾斜或摇动时，上述材料可能不会从相应排出部位排出。