[发明专利]燃料电池和燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池。

背景技术

希望燃料电池中的一些电解质能够被适当地湿润，并且已使用了用于反应气体的各种增湿方法。由于燃料电池在发电时产生热量，所以燃料电池通常具有利用冷却剂进行冷却的冷却结构，例如，如在日本专利申请公布No.2005-251416(JP-A-2005-251416)中公开的。

然而，至今尚无人尝试通过使用利用冷却剂的冷却结构来加速电解质膜的湿润。

发明内容

本发明用于解决上述问题并提供一种燃料电池，其中促进了燃料电池的电解质膜的湿润并且使燃料电池的发电性能稳定。

根据本发明的第一方面，提供了一种燃料电池，包括：电解质膜；第一反应气体通道，该第一反应气体通道设置在电解质膜的第一表面侧，并且第一反应气体在该第一反应气体通道中流动；第二反应气体通道，该第二反应气体通道设置在电解质膜的第二表面侧，并且第二反应气体在该第二反应气体通道中流动；冷却剂通道，冷却剂在该冷却剂通道中流动，其中，冷却剂通道被构造成使得在第一反应气体通道中流动的第一反应气体的流动方向与在第二反应气体通道中流动的第二反应气体的流动方向相反，并且在电解质膜的平面中，所述第一反应气体和第二反应气体中的至少一个反应气体流的下游部比在所述平面内的中央部被冷却得更多。利用这种燃料电池，能够在反应气体流的下游部中使水分冷凝，将水分供给到电解质膜，使电解质膜湿润，并使燃料电池的发电性能稳定。

在该燃料电池中，第一反应气体和第二反应气体可以是燃料气体和氧化气体，并且该下游部可以是燃料气体流的下游部。利用这种燃料电池，能够在燃料气体流的下游部中使水分冷凝并使电解质膜湿润。

在该燃料电池中，冷却剂通道可以构造成冷却氧化气体流的上游部。利用这种燃料电池，能够阻止水分从电解质膜蒸发以及电解质膜在氧化气体的上游部中变干。

在该燃料电池中，冷却剂通道可以构造成冷却燃料气体流的下游部和氧化气体流的下游部。利用这种燃料电池，能够在燃料气体流和氧化气体流二者的下游部中使水分冷凝。

该燃料电池还可以包括矩形分隔件，其中冷却剂通道的入口和出口可以布置在该分隔件的同一侧。利用这种燃料电池，通过将冷却剂通道的出口布置在与冷却剂通道的入口相同的一侧上，与直线通道的情形中相比，能够更容易地冷却反应气体流的上游部。

在这种燃料电池中，可以在冷却剂通道中形成使冷却剂流在入口和出口之间弯曲的通道形成部。此外，该通道形成部可以具有从分隔件的侧边朝着中央部突出的沙嘴形状。对于这种燃料电池，由于冷却剂流是弯曲的，因此能够容易地冷却电解质膜。

在电解质膜中，可以在冷却剂通道中形成多个通道形成部，所述多个通道形成部将冷却剂从所述入口引导到所述出口，并且相邻的通道形成部之间的间隔可以在分隔件的中央部中小，而在分隔件的外边缘部中大。对于这种燃料电池，冷却剂在外边缘部中比在中央部中更容易流动。因此，反应气体的上游部和下游部能够被优先冷却，并且能够更好地使电解质膜湿润。

在该燃料电池中，可以设置多个所述入口和多个所述出口，并且所述入口和出口可以分别设置在分隔件的相对侧上。对于这种燃料电池，冷却剂从两侧供给。因此，能够容易地冷却电解质膜。

在该燃料电池中，邻接第一反应气体通道的第一冷却剂通道以及与该第一冷却剂通道分开设置且与第二反应气体通道相邻的第二冷却剂通道可以设置为所述冷却剂通道，第一反应气体流的流动方向可以与在第一冷却剂通道中流动的冷却剂的流动方向相反，并且第二反应气体的流动方向可以与在第二冷却剂通道中流动的冷却剂的流动方向相反。利用这种燃料电池，反应气体流的下游部能够被优先冷却，并且能够使位于反应气体通道中的水分冷凝。

根据本发明的另一方面，提供一种燃料电池系统，包括：反应气体供给部，所述反应气体供给部供给第一反应气体和第二反应气体；以及冷却剂供给部，所述冷却剂供给部供给冷却剂，其中，在没有设置用于使第一和第二反应气体增湿的增湿模块的情况下，通过利用冷却剂通道冷却第一和第二反应气体流中的至少一个反应气体流的下游部使得反应气体中含有的水分冷凝，来使电解质膜湿润。根据这种燃料电池系统，不需要用于使电解质膜湿润的另外设备。

除了燃料电池之外，本发明能够以各种形式实现，例如，以用于使燃料电池增湿的方法和用于冷却燃料电池的方法的形式。

附图说明

将参照附图在以下对本发明示例性实施例的详细描述中描述本发明的特征、优点、和技术及产业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，其中：

图1是示意性图示了第一实施例的燃料电池系统的构造的说明图；