专利名称：半被动型燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半被动型燃料电池系统，更具体地，涉及一种使空气均匀地供给在燃料电池堆的双极板中形成的空气通道的半被动型燃料电池系统。
背景技术：
众所周知，燃料电池是一种发电系统，其将包含在诸如甲醇、乙醇、天然气等烃类燃料中的氢与氧化剂反应所产生的化学反应能直接转变成电能。
燃料电池系统可以大体上分成聚合物电解质膜燃料电池(以下简称为“PEMFC”)系统以及直接甲醇燃料电池(以下简称为“DMFC”)系统。
一般来说，PEMFC系统包括用于通过氢与氧之间的反应产生电能的电池堆以及通过对燃料进行重整而产生氢的重整器。虽然PEMFC系统具有大的能量密度和高的能量输出，但氢气必须小心进行处理，并且该PEMFC需要配备额外的诸如重整器等设备，以对诸如甲醇、乙醇以及天然气等燃料进行重整，从而产生作为燃料气体的氢。
在该DMFC系统中，作为燃料的甲醇以及作为氧化剂的氧直接被供给到电池堆，通过电化学反应产生电能。该DMFC系统具有高能量密度及高功率密度。同时，由于直接应用诸如甲醇等液体燃料，因而不需要重整器等额外的设备，且易于储存和供给燃料。
在该DMFC系统中，空气通过使用诸如空气压缩机、空气泵等空气供给设备被强行供给电池堆。由于该DMFC系统可以随身携带，因而，人们正在考虑将其应用于笔记本电脑、手机等便携式终端设备。但是，在该DMFC系统中采用的空气供给设备会产生较高水平的噪音，从而可能会给用户带来不便。考虑到这一问题，该DMFC系统已被开发成通过自然对流向电池堆供给空气的被动型DMFC系统或者通过鼓风机等鼓风装置向电池堆供给空气的半被动型DMFC系统。
在被动型DMFC系统中，由于空气通过自然对流而供给，空气不能充足地供给到各阴极。因此，在该被动型DMFC系统中，单元电池不是堆积的，而是排列在一个平面上，从而电池堆所占的面积会增加。
另一方面，在半被动型DMFC系统中，由于采用了诸如鼓风机等鼓风装置，与被动型DMFC系统相比，其供给的空气量有所增加。因而，在该半被动型DMFC系统中，可以将单元电池堆积形成电池堆。关于该情况，日本特开2001-6717公开了一种具有包括燃料电极以及氧化剂电极的一对电极的燃料电池体。如图39所示，为了补充燃料电池体1的氧化剂电极在电极反应中消耗的氧，在氧化剂气体入口配备了用于供给氧化剂气体的鼓风装置5，并且在氧化剂电极中形成的氧化剂气体通道的截面积从氧化剂气体入口向氧化剂气体出口逐渐减小。
尽管如此，该半被动型DMFC系统依然存在一些缺陷，虽然使用了鼓风机，但是难以向在电池堆的双极板中形成的空气通道均一地供给空气。并且，由于空气通道位置所产生的空气流动阻力的差异，供给到各空气通道的气体量也就不同。
发明内容
根据本发明提供一种半被动型燃料电池系统，在所述系统中形成将鼓风装置与电池堆的上端相连接的管道，从而通过在电池堆的双极板中形成的空气通道可以均一地供给空气。
根据本发明的一个方面，提供了一种半被动型燃料电池系统。所述半被动型燃料电池系统包括电池堆，在该电池堆中多个单元电池彼此横向堆积。每个单元电池包括膜电极组件以及位于该膜电极组件两侧的双极板。所述膜电极组件具有电解质膜、阴极以及阳极。阴极位于电解质膜的一侧，阳极位于电解质膜的另一侧。该半被动型燃料电池系统进一步包括供给燃料的装置以及供给空气的装置。每块双极板具有空气通道，该空气通道形成于朝向阴极的表面上，并从双极板的上端向双极板的下端延伸。所述供给空气的装置包括分别安装在电池堆的上端和下端的管道以及通过该管道鼓入空气的鼓风装置。双极板中每个空气通道可以是从电极堆的上端向其下端延伸的直线形状。在一个实施方式中，所述管道包括安装在电池堆上端的第一管道以及安装在电池堆下端的第二管道。安装鼓风装置以从第一个管道第一部分供给空气。所述第一管道包括安装有鼓风装置的第一管道第一部分以及覆盖了电池堆的整个上端的第一管道第二部分。在所述鼓风装置的正上方穿过第一管道第一部分的上壁形成有吸气口。穿过第一管道第二部分的下壁形成有向电池堆供给空气的供气口，其具有与电池堆的上端面积相当的面积。而且，第一管道第二部分的上壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而上壁的高度从靠近所述鼓风装置的一端向上壁的另一端逐渐降低。另外，设置所述第一管道第一部分，使其具有与所述鼓风装置的高度实质上相当的高度。安装鼓风装置，使得其通过吸气口吸入空气，然后将吸入的空气供给第一管道第二部分。另外，穿过第二管道的上壁形成有用于接收通过电池堆的空气的空气接收口，其具有与该电池堆的下端面积相当的面积。穿过第二管道的另一端形成有用于将空气排出体系外的排气口。第二管道的下壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而该下壁的高度从第二管道的一端向另一端逐渐增加。另外，该第二管道的下壁以与第一管道的上壁同样的倾斜角倾斜。
另外，根据本发明，所述鼓风装置是鼓风机或者风扇。
另外，根据本发明，形成双极板的空气通道，使得在双极板的一部分形成的空气通道的截面积不同于在该双极板的另一部分形成的空气通道的截面积。
更进一步地，根据本发明，形成双极板的空气通道，使得在临近鼓风装置的双极板的一部分形成的空气通道的截面积大于在该双极板的另一部分形成的空气通道的截面积。形成双极板的空气通道，使得空气通道的截面积从该双极板的一部分向另一部分逐渐减小。
更进一步地，根据本发明，所述空气供给装置进一步包括形成在电池堆上端的、覆盖包括形成有所述空气通道的区域在内的区域的空气调节层。所述空气调节层连接于该第一管道而占据着整个供气口。
此外，根据本发明，该空气调节层由空气可以通过的多孔材料构成。该空气调节层由具有微孔的多孔材料制成，该微孔的截面积小于所述空气通道的截面积。
此外，根据本发明，该空气调节层可以由聚四氟乙烯(PTFE)、硅树脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一种或多种形成为气-液分离层，但并不限于这些材料，或者由诸如Kimwipes_擦拭布等擦拭材料或诸如Gore-Tex_材料等透气材料形成。其中，Kimwipes_是Kimberly-Clark公司的注册商标，Gore-Tex_是W.L.Gore&Associates的注册商标。
另外，根据本发明，所述空气调节层包括由可以通过空气的金属滤网或者多孔金属发泡体形成的第一金属网。形成该第一金属网，使得其开口尺寸小于空气通道的开口尺寸。另外，该第一金属网进一步包括形成于该第一金属网的一整个表面上的气-液分离层。该气-液分离层可以由聚四氟乙烯(PTFE)、硅树脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一种或多种形成，但并不限于这些材料。
另外，根据本发明，所述空气调节层进一步包括形成在电池堆下端的第二金属网，以覆盖包括形成有所述空气通道的区域在内的区域。该第二金属网由可以通过空气的金属滤网或者多孔金属发泡体形成。更进一步地，该第二金属网进一步包括形成于该第二金属网的一整个表面上的气-液分离层。该气-液分离层可以由聚四氟乙烯(PTFE)、硅树脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一种或多种形成，但并不限于这些材料。
另外，根据本发明，热导管与第一及第二金属网相连接。此外，该热导管包括在所述第一金属网的横向以预定间隔彼此分隔开的多个棒、杆或板。另外，该热导管呈单板形状，其宽度与第一金属网宽度相当，并具有预定厚度。此外，该热导管由铜或者铝金属制成。在该热导管与所述电池堆之间形成有电绝缘层。
另外，根据本发明，所述空气供给装置进一步包括空气调节装置，其在与鼓风装置分开预定距离的位置形成于第一管道的内表面上，在第一管道的横向延伸，并向下突出预定长度。该空气调节装置形成于第一管道第二部分的纵向的中间部分。此外，该空气调节装置与第一管道一体地形成，该第一管道的上壁向内突出。另外，分隔块与第一管道第二部分的上壁内表面相连，由此形成该空气调节装置。更进一步地，该空气调节装置的截面形状呈半圆形或三角形。此外，形成所述空气调节装置，使得与空气直接接触的空气调节装置的前表面相对于气流方向呈钝角或者具有拱形轮廓。另外，该空气调节装置在其安装位置处具有相当于第一管道的内部空间高度的30％-70％的突出长度。
另外，根据本发明，所述燃料电池系统包括直接甲醇燃料电池系统或者聚合物电解质膜燃料电池系统。
更进一步地，根据本发明的另一个方面，提供了一种半被动型燃料电池系统。所述半被动型燃料电池系统包括电池堆，该电池堆中多个单元电池彼此横向堆积。每个单元电池包括膜电极组件以及位于该膜电极组件两侧的双极板。所述膜电极组件包括电解质膜、阴极以及阳极。阴极位于电解质膜的一侧，阳极位于电解质膜的另一侧。该半被动型燃料电池系统进一步包括供给燃料的装置以及供给空气的装置。每块双极板都具有空气通道，该空气通道形成于朝向阴极的表面上，并从双极板的上端向其下端延伸。所述供给空气的装置包括分别安装在电池堆的上端和下端的管道，安装在一个管道的第一部分而通过管道供给空气的鼓风装置，以及在一个管道中设置于该鼓风装置和该电池堆的上端之间的过滤器。另外，双极板中每个空气通道可以是从电池堆的上端延伸到其下端的直线形状。
另外，根据本发明，所述管道包括安装在该电池堆上端的第一管道以及安装在该电池堆下端的第二管道；并且，安装所述鼓风装置以从第一管道第一部分向第一管道第二部分供给空气。该第一管道第一部分包括所述鼓风装置，该第一管道第二部分覆盖了电池堆的整个上端。在所述鼓风装置的正上方穿过第一管道第一部分的上壁形成有吸气口。穿过第一管道第二部分的下壁形成有向电池堆供给空气的供气口，其具有与电池堆的上端面积相当的面积。而且，第一管道第二部分的上壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而上壁的高度从靠近所述鼓风装置的一端向上壁的另一端逐渐降低。
另外，根据本发明，所述过滤器具有与第一管道内部的横截面积相当的面积，其被安装在垂直于气流的方向上。该过滤器安装在与电池堆的一端相对应的位置。此外，该过滤器由可以通过空气的多孔材料形成。另外，该过滤器由聚四氟乙烯(PTFE)、硅树脂、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材料中的一种或多种形成，但并不限于这些材料。更进一步地，该过滤器被安装在第一管道中的支撑板所支撑。另外，穿过第二管道的上壁形成有用于接收通过电池堆的空气的空气接收口，其具有与该电池堆的下端面积相当的面积。穿过第二管道的另一端形成有用于将空气排出体系外的排气口。此外，第二管道的下壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而该下壁的高度从该下壁的一端向另一端逐渐增加。另外，该第二管道的下壁以与第一管道的上壁同样的倾斜角倾斜。同时，该第一管道第二部分的上壁具有一致的高度。更进一步地，该第二管道的下壁具有一致的高度。
图1为例示根据本发明的第一实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图2为例示根据本发明的第一实施方式的半被动型燃料电池系统的电池堆的透视图。
图3为图2所示电池堆的分解透视图。
图4为例示图1所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。
图5为沿图4中线A方向的横截面视图。
图6为例示通过图5所示电池堆的气流的横截面视图。
图7为例示根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图8为例示根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统的电池堆的透视图。
图9为图8所示电池堆的分解透视图。
图10为例示图9中所示的形成有空气通道的双极板表面的前视图。
图11为例示图7所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。
图12为沿图11中线B方向的横截面视图。
图13为例示通过图12所示电池堆的气流的横截面视图。
图14为根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统的电脑绘图，用于根据空气通道尺寸模拟气流速度。
图15为通过数值分析获得的、例示通过各空气通道的气流速度的模拟结果的电脑绘图。
图16为例示根据本发明的第三实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图17为例示图16所示的电池堆、鼓风装置以及空气调节层之间的连接关系的透视图。
图18为沿图17中线C方向的横截面视图。
图19为例示通过图18所示电池堆的气流的横截面视图。
图20为例示图16所示电池堆中气流速度分布的电脑绘图。
图21为例示根据本发明的第四实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图22为例示图21所示的电池堆与空气调节层之间的连接关系的透视图。
图23为沿图22中线D方向的横截面视图。
图24为例示根据本发明的第四实施方式的半被动型燃料电池系统中使用的第一金属网的放大透视图。
图25为例示通过图23所示电池堆的气流的横截面视图。
图26为例示图21所示电池堆中气流速度分布的电脑绘图。
图27为例示根据本发明的第五实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图28为例示图27所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。
图29为沿图28中线E方向的横截面视图。
图30为例示通过图29所示电池堆的气流的横截面视图。
图31为根据本发明的第五实施方式的半被动型燃料电池系统的电脑绘图，用于模拟电池堆中的气流速度。
图32为通过数值分析获得的、例示电池堆中气流速度的模拟结果的电脑绘图。
图33为例示根据本发明的第六实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图34为例示图33所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。
图35为沿图34中线F方向的横截面视图。
图36为例示根据本发明的第七实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
图37为例示通过图35所示电池堆的气流的横截面视图。
图38为例示图35所示电池堆中气流速度分布的电脑绘图。
图39为例示现有半被动型燃料电池系统的电池堆与鼓风装置的示意图。
具体实施例方式
参照图1至图5，根据本发明的第一实施方式的半被动型燃料电池系统100包括电池堆10、用于向电池堆10供给燃料的燃料供给装置30，以及用于向电池堆10供给空气的空气供给装置50。在此，主要针对直接以甲醇为燃料产生电能的直接甲醇燃料电池(DMFC)系统进行说明。当然，根据本发明的燃料电池系统也可以应用于利用燃料重整生成的燃料氢产生电能的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)系统。该PEMFC需要对液体燃料进行重整并生成氢的重整器。
电池堆10包括多个彼此横向堆积的单元电池10a。每个单元电池10a包括膜电极组件(MEA)12以及位于该MEA12两侧的双极板16。形成所述双极板16，使得双极板16的两个表面与MEA12接触，而由两个单元电池10a共享。该电池堆10通过端板16a向外部负载供电，该端板16a是位于电池堆10的两个横向端的双极板。该电池堆10进一步包括支撑板16b，其与端板16a的外表面相连接，用来固定双极板16及MEA12。每个支撑板16b在其中都设置有适当的通道(未图示)，这样从燃料供给装置30供给的燃料可以通过该适当的通道输送到双极板16。该端板16a可以执行支撑板16b的额外功能。
当从双极板16的垂直中心线观察时，所述电池堆10由位于其左右侧部分的单元电池10a构成。也就是说，当从前面观察该电池堆10时，独立的单元电池10a形成于电池堆10的左右侧部分。更进一步地，在左侧及右侧单元电池10a之间的中心部分，该电池堆10具有用于提供燃料供给通道的第一及第二通孔17a，17b。因此，该电池堆10通过第一及第二通孔17a，17b被横向供给燃料。另外，通过形成在每块双极板16上的、从双极板16的上端向下端延伸的空气通道19，该电池堆10被供给空气。下面，将对组成电池堆10的MEA12及双极板16的结构进行详细说明。从双极板16的垂直中心线观察时，形成在电池堆10左右侧部分的单元电池10a可以相互结合在一起。在这种情况下，所述第一及第二通孔17a，17b被形成在每块双极板16的两侧部分。
形成MEA12，使得电解质膜14被夹在阳极13与阴极15之间。所述阳极13包括分别位于电解质膜14的一个表面的左右侧部分、彼此被分隔开的阳极13a，13b，而阴极15包括分别位于电解质膜14的另一个表面的左右侧部分、彼此分隔开的阴极15a，15b。这样，MEA12在其两个表面的中心部分存在非反应区域，该区域并未形成有阳极13或阴极15。该非反应区域具有提供燃料供给通道的第一及第二通孔17a，17b。在第一及第二通孔17a，17b之间，该MEA12可以具有一个锁定孔20，在其中插入用来固定电池堆10的固定栓。
阳极13与阴极15包括用于燃料供给与扩散的燃料扩散层、用于燃料进行氧化还原反应的催化剂层以及电极支撑体。阳极13从供给的燃料中分离出电子及氢离子，电解质膜14将氢离子输送到阴极15。阴极15促使从阳极13供给的电子及氢离子与氧进行反应，产生水。这样，电池堆10通过氢与氧之间的电化学反应产生电能。
双极板16在MEA12的两个表面与其紧密接触，并且在其两个表面分别具有燃料通道18及空气通道19。当从双极板16的垂直中心线观察时，燃料通道18位于双极板16的一个表面的左右侧部分，而空气通道19位于双极板16的另一个表面的左右侧部分。这样，在双极板16的两个表面的中心部分具有非形成区域16c，16d，其并未形成有燃料通道18或者空气通道19。双极板16在其一个表面上与一个MEA12的阳极13紧密接触，同时在其另一个表面上与另一个MEA12的阴极15紧密接触。因此，该双极板16的与阳极13紧密接触的一个表面形成有燃料通道18，这样燃料可以不断地供给阳极13。另外，双极板16的与阴极15紧密接触的另一表面则形成有空气通道19，从而空气可以不断地供给阴极15。
穿过位于双极板16表面的左右侧部分之间的双极板16的非形成区域16d形成第一及第二通孔17a，17b，该双极板16形成有燃料通道18，从而第一及第二通孔17a，17b穿过双极板16，并与燃料通道18的两端相连接。因此，在双极板16中，通过第一通孔17a供给的燃料流过燃料通道18，随后通过第二通孔17b流出。该第一及第二通孔17a，17b以相同高度并穿过双极板16及MEA12而形成，从而适当地构成穿过电池堆10的上下部分的燃料通道。因此，电池堆10从其一个横向端通过第一通孔17a被供给燃料，并且未反应燃料及作为反应副产物的二氧化碳通过第二通孔17b被排出电池堆10的另一横向端。在第一及第二通孔17a，17b之间穿过双极板16形成锁定孔20，其通过固定栓(未图示)固定电池堆10。第一及第二通孔17a，17b通过在支撑板16b中形成的适当的通道(未图示)与燃料供给装置30相连接，以使燃料流通。根据电池堆10的设计，支撑板16b上的通道可以用各种方法形成。
双极板16由金属材料制成，例如铝、铜、铁及其合金，或者由诸如石墨及含碳化合物等导电材料制成。
当从双极板16的垂直中心线观察时，燃料通道18形成于双极板16的一个表面的左右侧部分，并与MEA12的阳极13接触，从而具备预定的深度和宽度即预定的截面积。也就是说，燃料通道18a，18b形成于位于双极板16的一个表面的中心部分的非形成区域16d的两侧。该燃料通道18可以呈Z字形以增加燃料通道18的总表面积。相应地，由于燃料通道18与MEA12的阳极13的接触面积增加，阳极13与燃料直接接触的面积也会增加。由于电池堆10由燃料泵以期望的压力供给燃料，即使燃料通道18呈Z字形，燃料也可以可靠地供给到电池堆10。
当从双极板16的垂直中心线观察时，空气通道19形成于双极板16的另一表面的左右侧部分，并与MEA12的阴极15接触，从而具备预定的深度和宽度。也就是说，空气通道19a，19b形成于位于双极板16的另一表面的中心部分的非形成区域16c的两侧。空气通道19可以呈直线形，从双极板16的上端向下端延伸，从而从上面或者下面供给的空气能够可靠地流过空气通道19。与燃料通道18不同，空气通道19不与第一及第二通孔17a，17b相连接。
在MEA12及双极板16的中心部分可以不具有非反应区域及非形成区域。换句话说，MEA12可以不具有非反应区域，分别在其两个表面上整个地形成阳极13及阴极15。另外，双极板16可以不具有非形成区域，分别在其两个表面整个地形成燃料通道18及空气通道19。在这种情况下，在电池堆10中，穿过双极板16及MEA12的两侧部分形成第一及第二通孔17a，17b。
燃料供给装置30包括用于储存稀释到预定浓度的燃料的燃料罐32，以及用于向电池堆10供给燃料的燃料泵34。当燃料罐32被设计成混合分别制备的原始燃料液和水，并将原始燃料液稀释到预定浓度时，该燃料供给装置30可以进一步包括用于储存原始燃料液的原始燃料液罐(未图示)以及原始燃料液泵(未图示)。燃料罐32可以为筒状，其中储存被稀释到预定浓度的燃料。如果储存在燃料罐32中的燃料用完，可以及时补充燃料或安装新的燃料罐。
在燃料罐32中，储存有被稀释到预定浓度的甲醇或者乙醇等液体燃料。燃料泵34与燃料罐32相连接，并将容纳在燃料罐32中的燃料供给电池堆10的阳极13。当燃料罐32接收并将原始燃料液稀释到预定浓度时，燃料罐32通过不同的管道与电池堆10的阳极13及阴极15相连接，从而可以收集从电池堆10的阳极13排放的未反应燃料及从电池堆10的阴极15排放的水。
空气供给装置50包括用于吸入及排放空气的鼓风装置51，以及将从鼓风装置51排出的空气供给电池堆10的上或下端的管道60。
鼓风装置51吸入外部空气并以恒定压力排出吸入的空气。该鼓风装置51包括鼓风机或者风扇。当然，鼓风装置51也可以包括其他各种能够以期望压力排出空气的装置。
管道60包括安装于电池堆10的上端的第一管道61以及安装于电池堆10的下端的第二管道71。鼓风装置51安装在第一管道61或第二管道71的内部或者外部。管道60用于将从鼓风装置51排出的空气引导到电池堆10的上端，通过空气通道19供给空气。虽然在本实施方式中例示了第一管道61安装于电池堆10的上端，第二管道71安装于电池堆10的下端，但是应当理解，根据移动通讯终端的用途或设计，第一管道61可以安装于电池堆10的下端，第二管道71可以安装于电池堆10的上端。
第一管道61可以是中空的盒形结构。第一管道61具有在内部或者外部设置有鼓风装置51的第一部分，以及位于该电池堆10上端的第二部分。(在此，如图1所示，第一管道61第一部分相当于设置有鼓风装置51的左侧部分，并从电池堆10上端向外突出，而第一管道61第二部分相当于位于电池堆10上端的右侧部分)。可以形成第一管道61，使得第一管道61第一部分具有与鼓风装置51的高度实质上相对应的高度，并且该鼓风装置51设置于第一个管道61第一部分中。穿过第一管道61第一部分的上壁形成吸气口62，从而鼓风装置51可以通过吸气口62吸入空气。吸气口62的面积可以与鼓风装置51的上部面积相当。第一管道61第一部分具有一致的高度，以使吸入的空气可以可靠地向第一管道61第二部分流动。第一管道61的一端61a可以关闭以防止由鼓风装置51吸入的空气泄漏到外面。从而，第一管道61促使由鼓风装置51吸入的空气向第一管道61第二部分供给。
第一管道61第二部分具有与电池堆10上端的面积相当的截面积，并具有预定的高度，以使第一管道61第二部分可以覆盖电池堆10的整个上端。与电池堆10上端接触的第一管道61第二部分的下壁打开，形成供气口63。供气口63可以具有与电池堆10上端相对应的轮廓及面积。因此，在第一管道61中，由第一部分中的鼓风装置51通过吸气口62吸入的空气被导入到第二部分，并通过供气口63供给到电池堆10的空气通道19。
可以形成第一管道61第二部分，使得第一管道61第二部分内部的高度从电池堆10的一端向另一端逐渐降低。即，形成第一管道61第二部分，使得第一管道61第二部分的上壁61c朝着电池堆10上端而向下倾斜，以具有预定的倾斜角。这样，随着第一管道61第二部分逐渐偏离鼓风装置51，第一管道61第二部分的截面积逐渐减小，从而确保从鼓风装置51排出的空气的速度不会降低。一般来说，在管道的截面积保持恒定的情况，当空气远离鼓风装置时，空气的速度和供给量会有所降低。这种现象在从鼓风装置排出的空气量降低时会变得更加严重。因此，根据从鼓风装置51排出的空气量，第一管道61第二部分可以在上壁61c形成适当的倾斜角。也就是说，如果从鼓风装置51排出的空气量增加，则第一管道61第二部分可以在上壁61c形成较小的倾斜角。相反，如果从鼓风装置51排出的空气量降低，则第一管道61第二部分可以在上壁61c形成较大的倾斜角。
与第一管道61的情况相似，第二管道71可以是中空的盒形结构。第二管道71安装于电池堆10下端而覆盖电池堆10下端。穿过第二管道71的上壁形成空气接收口73，其具有与所述电池堆10下端的面积相当的面积。该第二管道71的一端71a关闭，而其另一端71b打开，构成排气口72。从而，第二管道71用于将已经通过电池堆10的空气排放到外面。
第二管道71的下壁71c向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而第二管道71的内部空间高度从第二管道71的一端71a向另一端71b逐渐增加。这样，进入第二管道71的空气的速度在一端71a会比在另一端71b相对快，因而空气可以顺利地排放到外面。第二管道71的下壁71c可以以与第一管道61第二部分的上壁61c相同的倾斜角而倾斜。这样，整个燃料电池系统会具有一致的高度，并且尽管存在管道50，整个燃料电池系统的高度并没有局部增加。由于第一管道61第二部分的上壁61c以及第二管道71的下壁71c的倾斜，电池堆10被倾斜地固定。
第二管道71为在电池堆10的阴极15反应产生的水提供了排放通道。在这种情况下，用于收集水的不同管道可以设置在第二管道71的另一端71b。
图6为例示通过图5所示电池堆的气流的横截面视图。这里，将集中针对利用空气供给装置50向电池堆10供给空气的过程进行说明。由于利用燃料供给装置30向电池堆10供给燃料的过程对于本领域技术人员已经熟知，因而略去其详细说明。
对于电池堆10，第一管道61与电池堆10上端相连接，而第二管道71与电池堆10下端相连接。鼓风装置51设置于第一个管道61第一部分中，第一管道61第二部分与电池堆10上端相连接。这样，当鼓风装置51运转时，该鼓风装置51通过吸气口62向下吸入空气，并且吸入的空气从鼓风装置51的侧面释放至第一管道61第二部分。第一管道61的结构允许从鼓风装置51排出的空气向第一管道61第二部分流动。第一管道61第二部分的上壁61c向下倾斜，以确保相邻于第一管道61的另一端61b的气流速度及供给的空气量不会降低。因而，在第一管道61第二部分下面，无论距离鼓风装置51多远，双极板16的空气通道19都会被分别供给恒定量的空气。
已经流过双极板16的空气通道19的空气流出电池堆10下端，并通过第二管道71的空气接收口73进入第二管道71。由于双极板16的空气通道19呈在垂直方向延伸的直线形，因此可以确保平稳的气流。第二管道71与电池堆10下端相连接，其结构允许从电池堆10进入其中的空气向第二管道71的另一端71b流动。由于第二管道71的内部空间高度从一端71a到另一端71b逐渐增加，从电池堆10进入第二管道71的空气可以顺利地从一端71a流到另一端71b。从一端71a流到另一端71b的空气通过形成于第二管道71的另一端71b的排气口72排到外面。
图7为例示根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。图8为例示根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统的电池堆的透视图。图9为图8所示电池堆的分解透视图。图10为例示图9中所示的形成有空气通道的双极板表面的前视图。图11为例示图7所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。图12为沿图11中线B方向的横截面视图。
参照图7至12，根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统200包括电池堆210、用于向电池堆210供给燃料的燃料供给装置30以及用于向电池堆210供给空气的空气供给装置50。在下面对半被动型燃料电池系统200的说明中，与根据第一实施方式的半被动型燃料电池系统100相同的部件，采用相同的参照编号，其相关的详细说明将被略去。
电池堆210包括多个彼此横向堆积的单元电池210a。每个单元电池210a包括膜电极组件(MEA)212以及位于该MEA212两侧的双极板216。形成所述双极板216，使得双极板216的两个表面与MEA212接触，而由两个单元电池210a共享。该电池堆210通过端板216a向外部负载供电，该端板216a是位于电池堆210的两个横向端的双极板。该电池堆210进一步包括支撑板216b，其与端板216a的外表面相连接，用来固定双极板216及MEA212。每个支撑板216b在其中都设置有适当的通道(未图示)，这样从燃料供给装置30供给的燃料可以通过该适当的通道输送到双极板216。该端板216a可以执行支撑板216b的额外功能。
当从双极板216的垂直中心线观察时，所述电池堆210由位于其左右侧部分的单元电池210a构成。也就是说，当从前面观察该电池堆210时，独立的单元电池210a形成于电池堆210的左右侧部分。更进一步地，在左侧及右侧单元电池210a之间的中心部分，该电池堆210具有用于提供燃料供给通道的第一及第二通孔17a，17b。因此，该电池堆210通过第一及第二通孔17a，17b被横向供给燃料。另外，通过形成在每块双极板216上的、从双极板216的上端向下端延伸的空气通道219，该电池堆210被供给空气。从双极板216的垂直中心线观察时，形成在电池堆210左右侧部分的单元电池210a可以相互结合在一起。在这种情况下，所述第一及第二通孔17a，17b被形成在每块双极板216的两侧部分。
双极板216在MEA212的两个表面与其紧密接触，并且在其两个表面分别具有燃料通道18及空气通道219。当从双极板216的垂直中心线观察时，燃料通道18位于双极板216的一个表面的左右侧部分，而空气通道219位于双极板216的另一个表面的左右侧部分。这样，在双极板216的两个表面的中心部分具有非形成区域16c，16d，其并未形成有燃料通道18或者空气通道219。双极板216在其一个表面上与一个MEA212的阳极13紧密接触，同时在其另一个表面上与另一个MEA212的阴极15紧密接触。因此，该双极板216的与阳极13紧密接触的一个表面形成有燃料通道18，这样燃料可以不断地供给阳极13。另外，双极板216的与阴极15紧密接触的另一表面则形成有空气通道219，从而空气可以不断地供给阴极15。
当从双极板216的垂直中心线观察时，空气通道219a，219b形成于双极板216的另一表面的左右侧部分，并与MEA212的阴极15接触，从而具备预定的深度、宽度和截面形状。也就是说，空气通道219a，219b形成于位于双极板216的另一表面的中心部分的非形成区域16c的两侧。空气通道219可以呈直线形，从双极板216的上端向下端延伸，从而从上面或者下面供给的空气能够可靠地流过空气通道219。与燃料通道18不同，空气通道219不与第一及第二通孔17a，17b相连接。
形成空气通道219，使得形成于双极板216的第一部分上的、临近鼓风装置51的空气通道219a的宽度‘a’或深度，比形成于双极板216的第二部分上的空气通道219b的宽度‘b’或深度要大。也就是说，形成空气通道219，使得形成于双极板216的第一部分上的空气通道219a的截面积大于形成于双极板216的第二部分上的空气通道219b的截面积。结果是，对于形成的空气通道219，空气通道219a，219b的截面积从双极板216的第一部分向第二部分逐渐减小。
如下所述，形成第一管道61第二部分，使得第一管道61第二部分的上壁61c朝着电池堆210上端向下倾斜而具有预定的倾斜角。因而，从鼓风装置51排出的空气速度不会在邻近第一管道61另一端61b的位置降低。由于第一管道61的另一端61b的截面积相对较小，并且被关闭，因此空气压力增大，供给到空气通道219b的空气量也增加。在这种情况下，由于在双极板216的结构中，形成于双极板216的第二部分上的空气通道219b的截面积小于形成于双极板216的第一部分上的空气通道219a的截面积，供给到空气通道219b的空气量减少。通过考虑鼓风装置51的性能、第一管道61的最大高度以及第一管道61上壁61c的倾斜角等因素，可以适当地确定空气通道219a，219b的截面积从双极板216的第一部分向第二部分逐渐减小的程度。因此，空气通道219的截面积减小程度并未在此特别确定。然而，空气通道219的截面积减小程度可以容易地通过下面所述的利用计算机进行的数值分析加以确定。
在MEA212及双极板216的中心部分可以不具有非反应区域及非形成区域。换句话说，MEA212可以不具有非反应区域，分别在其两个表面上整个地形成阳极13及阴极15。另外，双极板216可以不具有非形成区域，分别在其两个表面整个地形成燃料通道18及空气通道19。在这种情况下，在电池堆210中，穿过双极板216及MEA212的两侧部分形成第一及第二通孔17a，17b。
图13是例示通过图12所示电池堆的气流的横截面视图。图14为根据本发明的第二实施方式的半被动型燃料电池系统的电脑绘图，用于根据空气通道尺寸模拟气流速度。图15为通过数值分析获得的、例示通过各空气通道的气流速度的模拟结果的电脑绘图。在此，将集中针对利用空气供给装置50向电池堆210供给空气的过程进行说明。由于利用燃料供给装置30向电池堆210供给燃料的过程对于本领域技术人员已经熟知，因而略去其详细说明。
对于电池堆210，第一管道61与电池堆210上端相连接，而第二管道71与电池堆210下端相连接。鼓风装置51设置于第一个管道61第一部分中，第一管道61第二部分与电池堆210上端相连接。这样，当鼓风装置51运转时，该鼓风装置51通过吸气口62向下吸入空气，并且吸入的空气从鼓风装置51的侧面释放至第一管道61第二部分。第一管道61的结构允许从鼓风装置51排出的空气向第一管道61第二部分流动。第一管道61第二部分的上壁61c向下倾斜，以确保在邻近第一管道61的另一端61b的位置气流速度及供给的空气量不会降低，空气压力被增加。形成双极板216的空气通道219a，219b，使得空气通道219a，219b的截面积随着空气通道219a，219b偏离鼓风装置51而逐渐减小。因而，尽管供给空气的压力朝着第一管道61的另一端61b逐渐增加，由于空气通道219a，219b的截面积逐渐减小，从而进入空气通道219a，219b的空气量相对减少。结果是，每个形成于双极板216的第一及第二部分中的空气通道219a，219b都分别被供给恒定的空气量。
如图14所示，形成半被动型燃料电池系统200，使得形成于双极板216一端中的空气通道219a的宽度是2.5mm，形成于双极板216另一端中的空气通道219b的宽度是0.7mm，并且在其间形成的空气通道219a，219b的宽度从一端向另一端逐渐减小。在这种情况下，参照例示了由计算机进行的数值分析结果的图15，进入双极板216的各空气通道219a，219b的空气速度从双极板216一端向另一端逐渐减小。换句话说，根据本发明的本实施方式，当双极板216的空气通道219a，219b的截面积逐渐减小时，空气通道219a，219b中的气流阻力会逐渐增加，而空气通道219a，219b中的气流速度和气流量会逐渐减小。可以发现，通过从双极板216一端到另一端形成的空气通道219a，219b的气流速度偏差降低到不超过0.20。另外，尽管在图中未示出，当双极板的空气通道具有相同的截面积时，可以发现，该气流速度偏差会增大到不小于0.35。
已经流过第一管道61的空气流出电池堆210下端，并通过第二管道71的空气接收口73进入第二管道71。由于双极板216的空气通道219呈在垂直方向延伸的直线形，因此可以确保平稳的气流。第二管道71与电池堆210下端相连接，其结构允许从电池堆210进入其中的空气向第二管道71的另一端71b流动。由于第二管道71的内部空间高度从一端71a到另一端71b逐渐增加，从电池堆210进入第二管道71的空气可以顺利地从一端71a流到另一端71b。从一端71a流到另一端71b的空气通过形成于第二管道71的另一端71b的排气口72排到外面。
图16为例示根据本发明的第三实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。图17为例示图16所示的电池堆、鼓风装置以及空气调节层之间的连接关系的透视图。图18为沿图17中线C方向的横截面视图。
参照图16至18，根据本发明的第三实施方式的半被动型燃料电池系统300包括电池堆10、用于向电池堆10供给燃料的燃料供给装置30以及用于向电池堆10供给空气的空气供给装置350。在下面对半被动型燃料电池系统300的说明中，与根据第一实施方式的半被动型燃料电池系统100相同的部件，采用相同的参照编号，其相关的详细说明将被略去。
空气供给装置350包括用于吸入及排放空气的鼓风装置51，将从鼓风装置51排出的空气供给电池堆10的上或下端的管道60，以及形成于电池堆10上端以覆盖包括形成有空气通道19的区域在内的区域的空气调节层365。
空气调节层365由诸如海绵等空气可以通过的多孔材料制成。空气调节层365可以覆盖空气通道19的整个上端，发挥降低供应空气的压力以及使供给空气的压力完全一致的功能。空气调节层365由具有微孔的多孔材料制成，该微孔的截面积小于空气通道19的截面积。
空气调节层365可以形成为气-液分离层，该气-液分离层允许诸如空气等气体通过，但不允许液体通过。该气-液分离层可以由选自聚四氟乙烯(PTFE)以及包含硅树脂的疏水薄膜中的一种材料制成。另外，该空气调节层365可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种材料制成，但并不限于这些材料。在此，气-液分离层的材料并不局限于特定材料，相反，各种具有疏水特性的树脂材料都可以用于制备气-液分离层。
更进一步地，空气调节层365可以由诸如Kimwipes_擦拭布及Gore-Tex_透气材料等材料形成。在此，Kimwipes_擦拭布具有低的噪音生成水平，并且在实验室中与多元保护窗一起形成，用来减少环境污染。另外，通过拉伸和加热对热和化学品具有抵抗力的Teflon_树脂，Gore-Tex_透气材料被形成为具有大量气孔的非常薄的薄层，其孔尺寸为2/10,000mm，可以允许空气通过，但阻止水分通过。Teflon_是DuPont的注册商标。空气调节层365可以是单层或者多层结构。当空气调节层365具有多层结构时，多个由相同或者不同材料制成的聚合物层可以互相被层叠。
空气调节层365形成于电池堆10上端，以覆盖包括形成有双极板16的空气通道19的区域在内的区域。空气调节层365可以覆盖第一管道61中的整个电池堆10上端。从而，空气调节层365与形成于第一管道61下壁中的供气口63相连接，以覆盖整个供气口63。
空气调节层365的功能是覆盖整个空气通道19的上端，允许从鼓风装置51排出的、空气压力被一致化的空气通过。由于与鼓风装置51之间的距离以及第一管道61的结构，供给到空气通道19上端的空气具有不同的压力。空气调节层365能够减小供给到空气通道19的压力差异。特别是，空气调节层365可以沿着第一管道61的纵向减小空气的压力差异。因此，尽管在第一管道61纵向的位置不同，供给到空气通道19的空气也具有恒定的压力。已经流过空气调节层365的空气具有恒定的压力而通过空气通道19。
空气调节层365具有预定的透气性。换句话说，考虑到从鼓风装置排出的空气压力、将空气供给到双极板16的空气通道19所需的空气压力以及气流量，空气调节层365可以具有适当的透气性。空气调节层365的透气性取决于空气调节层365的材料、在空气调节层365中形成的气孔的平均尺寸及数量等。
图19为例示通过图18所示电池堆的气流的横截面视图。图20为例示图16所示电池堆中气流速度分布的电脑绘图。在此，将集中针对利用空气供给装置350向电池堆10供给空气的过程进行说明。由于利用燃料供给装置30向电池堆10供给燃料的过程对于本领域技术人员已经熟知，因而略去其详细说明。
当设置于管道60中的鼓风装置51运转时，该鼓风装置51通过吸气口62向下吸入空气，并且吸入的空气从鼓风装置51的侧面释放至第一管道61第二部分。第一管道61的结构允许从鼓风装置51排出的空气向第一管道61第二部分流动。第一管道61第二部分的上壁61c向下倾斜，以确保相邻于第一管道61的另一端61b的气流速度不会降低。空气调节层365可以完全地使供给到空气通道19的空气压力降低并一致化。流过空气调节层365的空气具有恒定的压力，并被供给空气通道19。因此，供给到空气通道19的空气以相同速度通过各空气通道19，从而气流被均一化。也就是说，如图19所示，在电池堆10中，供给到空气通道19的空气的速度在纵向及横向被一致化，并且进入各空气通道19的气流量是均一的。如图20所示的空气速度分布(亮度分布)表示通过在空气通道19的下端测量流过空气通道19的空气的速度得到的结果。由于供给到空气通道19的空气量与相应的空气通道19的空气速度和截面积的乘积成比例，通过测量空气速度，有可能计算出流过空气通道19的空气量。在进行数值分析时，当安装有空气调节层365时，在电池堆10下端测量的不同位置的速度偏差为4cm/s，是非常低的。当未安装空气调节层365时，不同位置的速度偏差为30cm/s。
已经流过第一管道61的空气流出电池堆10下端，并通过第二管道71的空气接收口73进入第二管道71。由于双极板16的空气通道19呈在垂直方向延伸的直线形，因此可以确保平稳的气流。第二管道71与电池堆10下端相连接，其结构允许从电池堆10进入其中的空气向第二管道71的另一端71b流动。由于第二管道71的内部空间高度从一端71a到另一端71b逐渐增加，从电池堆10进入第二管道71的空气可以顺利地从一端71a流到另一端71b。从一端71a流到另一端71b的空气通过形成于第二管道71的另一端71b的排气口72排到外面。
图21为例示根据本发明的第四实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。图22为例示图21所示的电池堆与空气调节层之间的连接关系的透视图。图23为沿图22中线D方向的横截面视图。图24为例示根据本发明的第四实施方式的半被动型燃料电池系统中使用的第一金属网的放大透视图。
参照图21至24，根据本发明的第四实施方式的半被动型燃料电池系统400包括电池堆10、用于向电池堆10供给燃料的燃料供给装置30、用于向电池堆10供给恒定压力的空气的空气供给装置350以及空气调节层80。另外，半被动型燃料电池系统400可以进一步包括热导管90。在下面对半被动型燃料电池系统400的说明中，与根据第一实施方式的半被动型燃料电池系统100相同的部件，采用相同的参照编号，其相关的详细说明将被略去。
所述空气调节层80包括第一金属网81，其在包括形成有空气通道19的区域在内的区域中安装于电池堆10上端。空气调节层80可以进一步包括第二金属网85，其在作为第二管道71出口的排气口72中的预定区域安装于电池堆10下端。空气调节层80可以进一步包括气-液分离层82，86，各分离层分别形成于第一及第二金属网81，85的一个表面上。
空气调节层80被形成为可以通过空气的金属滤网或者多孔金属发泡体。金属滤网是一种由金属丝编织成的、具有许多预定尺寸的筛孔的编织网。在金属滤网中，虽然筛孔可以形成为方形，但是没有必要限于方形筛孔。在金属滤网中，筛孔的尺寸通常以称为“目”的单位进行确定。“目”是用来度量在每平方英寸中存在的筛孔数量的单位。另外，金属滤网的尺寸也可以利用两根金属丝之间的筛孔长度来度量，其单位是英寸或毫米等。度量金属滤网尺寸的“目”的定义随着国家或者公司的不同略微有所不同。例如，在美国标准中，目数为100目的金属滤网，其筛孔尺寸是149微米，金属线的直径是100微米。另外，目数为5目的金属滤网，其筛孔尺寸是4,000微米，金属线的直径是1,370微米。金属滤网可以没有以目数确定的标准尺寸，但可以由具有确定直径的金属丝制成，以达到预定的筛孔尺寸。
第一金属网81形成于电池堆10上端，覆盖包括形成有双极板16的空气通道19的区域在内的区域。第一金属网81可以覆盖第一管道61中的整个电池堆10上端。因此，第一金属网81与形成于第一管道61的下壁中的供气口63相连接，以覆盖整个供气口63。根据与鼓风装置51之间的距离以及第一管道61的结构，供给到空气通道19上端的空气会具有不同的压力。第一金属网81可以对供给到空气通道19的空气增加压力阻抗，并能够减小供给到空气通道19的空气的压力差异。特别是，第一金属网81可以沿着第一管道61的纵向降低空气的压力差异。因此，尽管沿着第一管道61的纵向的位置不同，供给到空气通道19的空气具有恒定的压力。
形成第一金属网81，使得第一金属网81的开口或气孔的尺寸小于空气通道19的开口尺寸。第一金属网81具有预定的透气性。考虑到从鼓风装置排出的空气压力、将空气供给到双极板16的空气通道19所需的空气压力以及气流量，第一金属网81可以具有适当的透气性。
与第一金属网81一样，第二金属网85由金属滤网或多孔金属发泡体构成，并占据第二管道71的整个排气口72。第二金属网85可以垂直于排气口72被安装。第二金属网85可以暂时地延缓通过排气口72的空气排放，对第二管道71中的气流增加阻力。因而，当空气在空气通道19中流动时，在空气通道19的下端气流阻力会增大，结果是，在空气通道19中空气可以以恒定的速度流动。第二金属网85的开口尺寸可以大于第一金属网81的开口尺寸。如果第二金属网85的开口尺寸过小，则在空气通道19的下端气流阻力会增加，空气可能会无法顺利供给到空气通道19。
各气-液分离层82，86分别形成于第一及第二金属网81，85的一个表面上。气-液分离层82，86可以制成允许诸如空气等气体通过但不允许液体通过的疏水层。该气-液分离层82，86可以由选自聚四氟乙烯(PTFE)以及包含硅树脂的疏水薄膜中的一种材料制成。另外，该气-液分离层82，86可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种材料制成，但并不限于这些材料。在此，气-液分离层的材料并不局限于特定材料，相反，各种具有疏水特性的树脂材料都可以用于制备气-液分离层。
气-液分离层82，86与第一金属网81及第二金属网85共同作用，使得供给电池堆10的空气压力一致化。在燃料电池系统逆转时，安装于第一金属网81上的气-液分离层82可以防止在电池堆10的阴极中生成的水回流到鼓风装置中。安装于第二金属网85上的气-液分离层86可以防止从电池堆10下端排出的水通过第二金属网85泄漏到外面。
热导管90由铁、不锈钢、铜及铝等金属材料制成。热导管90可以由具有高导热性的金属如铜或铝等制成。热导管90如下形成多个具有预定宽度或直径的板、管或者棒的两端分别与第一金属网81及第二金属网85相连接，彼此间隔预定的距离。另外，热导管90可以形成为宽度与第一金属网81的宽度相当的单板。热导管90将第二金属网85的热量传递到第一金属网81。由于第二金属网85被安装于第二管道71的排气口72中，基于流过电池堆10的空气的温度升高，第二金属网85的温度也会升高。另外，由于热导管90在其一端与第二金属网85相连接，热量会从第二金属网85传递到热导管90，使热导管90的温度升高。更进一步地，由于第一金属网81与热导管90的另一端相连接，热量会从热导管90传递到第一金属网81，使第一金属网81的温度升高。因此，流过第一金属网81的空气会被第一金属网81的热量加热到预定温度，然后供给到空气通道19。这样，电池堆10被供给升高温度的空气，从而电池堆10的整体反应效率就可以被提高。
热导管90可以在其朝向电池堆10的表面上具有隔离电绝缘层92。即，绝缘层92位于热导管90与电池堆10之间，以防止热导管90与电池堆10之间的电接触。绝缘层92可以形成于热导管90的一个表面上，或者也可以直接形成于电池堆10上。绝缘层92可以由具有电绝缘特性的胶带或者诸如塑料等有机材料制成。另外，考虑到电池堆10的温度，该绝缘层92可以由耐热胶带制成。
图25为例示通过图23所示电池堆的气流的横截面视图。图26为例示图21所示电池堆中气流速度分布的电脑绘图。在此，将集中针对利用空气供给装置50向电池堆10供给空气的过程进行说明。由于利用燃料供给装置30向电池堆10供给燃料的过程对于本领域技术人员已经熟知，因而略去其详细说明。
当设置于管道60中的鼓风装置51运转时，该鼓风装置51通过吸气口62向下吸入空气，并且吸入的空气从鼓风装置51的侧面释放至第一管道61第二部分。第一管道61的结构允许从鼓风装置51排出的空气向第一管道61第二部分流动。第一管道61第二部分的上壁61c向下倾斜，以确保相邻于第一管道61的另一端61b的气流速度不会降低。空气调节层80可以完全地使供给到空气通道19的空气压力降低并一致化。流过空气调节层80的第一金属网81的空气具有恒定的压力，并被供给空气通道19。另外，当气-液分离层82形成于第一金属网81上时，该气-液分离层82也会对供给空气增加压力阻抗。第二金属网85可以对流过双极板16的空气通道19的空气增加压力阻抗，由此流过电池堆10的空气的压力被一致化。因此，供给到空气通道19的空气以相同速度通过各空气通道19，从而气流被均一化。也就是说，如图25所示，在电池堆10中，供给到空气通道19的空气的速度在纵向及横向被一致化，并且进入各空气通道19的气流量是均一的。如图26所示的空气速度分布表示通过在空气通道19的下端测量流过空气通道19的空气的速度得到的结果。由于供给到空气通道19的空气量与相应的空气通道19的空气速度和截面积的乘积成比例，通过测量空气速度，有可能计算出流过空气通道19的空气量。这样，当流过空气通道19的空气速度相对一致时，供给到各空气通道19的空气量也是均一的。在进行数值分析时，当安装有空气调节层80时，在电池堆10下端测量的不同位置的速度偏差为4cm/s，是非常低的。当未安装空气调节层80时，不同位置的速度偏差为30cm/s。
热导管90与第一金属网81及第二金属网85接触，将第二金属网85的热量传递给第一金属网81。因此，当供给到电池堆10的空气温度增加时，燃料电池系统的效率和性能都可以得到提高。
已经流过第一管道61的空气流出电池堆10下端，并通过第二管道71的空气接收口73进入第二管道71。由于双极板16的空气通道19呈在垂直方向延伸的直线形，因此可以确保平稳的气流。第二管道71与电池堆10下端相连接，其结构允许从电池堆10进入其中的空气向第二管道71的另一端71b流动。由于第二管道71的内部空间高度从一端71a到另一端71b逐渐增加，从电池堆10进入第二管道71的空气可以顺利地从一端71a流到另一端71b。从一端71a流到另一端71b的空气通过形成于第二管道71的另一端71b的排气口72排到外面。
图27为例示根据本发明的第五实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。图28为例示图27所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。图29为沿图28中线E方向的横截面视图。
参照图27至29，根据本发明的第五实施方式的半被动型燃料电池系统500包括电池堆10、用于向电池堆10供给燃料的燃料供给装置30以及用于向电池堆10供给空气的空气供给装置550。在下面对半被动型燃料电池系统500的说明中，与根据第一实施方式的半被动型燃料电池系统100相同的部件，采用相同的参照编号，其相关的详细说明将被略去。
空气供给装置550包括用于吸入和排放空气的鼓风装置51、将从鼓风装置51排出的空气供给到电池堆10上端或下端的管道560以及气流转变装置，即用于转变管道560中的气流的空气调节装置565。
所述管道560包括安装于电池堆10上端的第一管道61以及安装于电池堆10下端的第二管道71。鼓风装置51安装在第一管道61或第二管道71的内部或者外部。管道60的作用是将安装于第一管道61第一部分中的鼓风装置51排出的空气导向电池堆10上端，并通过空气通道19供给空气。
空气调节装置565安装在第一管道61第二部分的上壁61c上的预定位置，以转变从鼓风装置51排出的空气的气流方向。空气调节装置565形成于第一管道61第二部分的上壁61c的内表面上，在第一管道61的横向上延伸，并且向下突出预定长度。空气调节装置565可以部分地将从鼓风装置51排出的气流转变成垂直向下的方向。因此，在第一管道61第二部分上，当空气流向第一管道61的另一端61b时，空气在形成空气调节装置565的位置部分地流向电池堆10。从而，由于流向第一管道61的另一端61b的空气被部分地转变方向，空气速度就相对地降低。另外，由于流向第一管道61的另一端61b的空气被空气调节装置565部分地阻挡，流向第一管道61的另一端61b的空气量也相对减少。空气调节装置565在电池堆10上端转变气流，并且相对地降低流向第一管道61的另一端61b的空气速度和流量。因此，形成于双极板16的两部分上的空气通道19a，19b可以被供给相对恒定的空气量。
空气调节装置565可以形成于第一管道61第二部分的纵向的中间部分。也就是说，空气调节装置565位于形成在电池堆10的中心部分上的非反应区域或非形成区域16c，16d上面。因而，空气调节装置565可以使空气均一地供给形成于双极板19的一个及另一个部分上的空气通道19a，19b。
空气调节装置565可以与第一管道61的上壁61c一体地形成，该第一管道61的上壁61c向内突出。空气调节装置565可以具有实质上呈半圆形的截面形状，以使气流中断最少化。另外，形成空气调节装置565，使得与空气直接接触的空气调节装置565的前表面具有拱形轮廓或者相对于气流方向呈钝角，以防止气流受到过大的阻力。在这种情况下，空气调节装置565的截面形状可以呈三角形，以在第一管道61上占用最小的空间。空气调节装置565可以由与第一管道61第二部分的上壁61c的内表面相连接的分隔块构成。
当从第一管道61的上壁61c(更确切地说，在安装空气调节装置565的位置)测量时，空气调节装置565具有相当于第一管道61的最大内部空间高度的30％-70％的突出长度。如果空气调节装置565的突出长度小于第一管道61的内部空间高度的30％，则气流被转变的程度太小，以至于无法减小安装空气调节装置565的影响。另外，如果空气调节装置565的突出长度大于第一管道61的内部空间高度的70％，则气流被转变的程度就会太大，以至于供给到形成于双极板16的另一部分上的空气通道19b的空气量会相对增加。
图30为例示通过图29所示电池堆的气流的横截面视图。图31为根据本发明的第五实施方式的半被动型燃料电池系统的电脑绘图，用于模拟电池堆中的气流速度。图32为通过数值分析获得的、例示电池堆中气流速度的模拟结果的电脑绘图。这里，将集中针对利用空气供给装置550向电池堆10供给空气的过程进行说明。由于利用燃料供给装置30向电池堆10供给燃料的过程对于本领域技术人员已经熟知，因而略去其详细说明。
鼓风装置51通过吸气口62向下吸入空气，并且吸入的空气从鼓风装置51的侧面释放至第一管道61第二部分。第一管道61的结构允许从鼓风装置51排出的空气向第一管道61第二部分流动。第一管道61第二部分的上壁61c向下倾斜，以确保相邻于第一管道61的另一端61b的气流速度不会降低。空气调节装置565部分地将第一管道61中的气流进行转变，相对地降低流向第一管道61的另一端61b的空气的速度和流量。因此，形成于双极板16的一个及另一个部分上的空气通道19a，19b可以被供给一致的空气量。即，空气调节装置565使供给到空气通道19a，19b的空气量均一化。
已经流过第一管道61的空气流出电池堆10下端，并通过第二管道71的空气接收口73进入第二管道71。由于双极板16的空气通道19呈在垂直方向延伸的直线形，因此可以确保平稳的气流。第二管道71与电池堆10下端相连接，其结构允许从电池堆10进入其中的空气向第二管道71的另一端71b流动。由于第二管道71的内部空间高度从一端71a到另一端71b逐渐增加，从电池堆10进入第二管道71的空气可以顺利地从一端71a流到另一端71b。从一端71a流到另一端71b的空气通过形成于第二管道71的另一端71b的排气口72排到外面。
图33为例示根据本发明的第六实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。图34为例示图33所示的电池堆与鼓风装置之间的连接关系的透视图。图35为沿图34中线F方向的横截面视图。
参照图33至35，根据本发明的第六实施方式的半被动型燃料电池系统600包括电池堆10、用于向电池堆10供给燃料的燃料供给装置30以及用于向电池堆10供给空气的空气供给装置650。在下面对半被动型燃料电池系统600的说明中，与根据第一实施方式的半被动型燃料电池系统100相同的部件，采用相同的参照编号，其相关的详细说明将被略去。
空气供给装置650包括用于吸入和排放空气的鼓风装置51、将从鼓风装置51排出的空气供给到电池堆10上端或下端的管道60以及在与鼓风装置51分开预定距离的位置安装于管道60中的过滤器665。
过滤器665由诸如海绵等空气可以通过的多孔材料制成。过滤器665可以形成为允许诸如空气等气体通过但不允许液体通过的气-液分离层。过滤器665具有与第一管道61的内部空间的横截面积相当的面积，并且在与鼓风装置51间隔预定距离的位置安装在垂直于第一管道61中的气流的方向上。在第一管道61中过滤器665安装于鼓风装置51与电池堆10的一个上端之间。过滤器665可以安装在与电池堆10的一个上端相对应的位置。
过滤器665完全地占据着第一管道61的横截面积，这样空气可以在从鼓风装置51排出的空气压力被一致化的状态下通过过滤器665。因此，过滤器665可以减小在第一管道61的横向产生的气压差异。由于当从鼓风装置51排出的空气在过滤器665前从第一管道61第一部分向第二部分流动时，空气在横向上扩散，在鼓风装置51下游在第一管道61的横向上可能产生压力差异。从而，在电池堆10的一个上端上安装于第一管道61中的过滤器665可以暂时地阻挡供给电池堆10上端的空气，并且使第一管道61横向上的空气压力一致化。流经过滤器665的空气在横向上压力被一致化而流入第一管道61第二部分。另外，由于第一管道61第二部分的上壁倾斜而具有预定的倾斜角，空气可以以实质上恒定的速度流动。
过滤器665具有预定的透气性。换句话说，考虑到从鼓风装置51排出的空气压力、将空气供给到双极板16的空气通道19所需的空气压力以及气流量，过滤器665可以具有适当的透气性。过滤器665的透气性取决于形成在过滤器665中的气孔的平均尺寸以及数量。
过滤器665根据其中形成的气孔的平均尺寸而具有预定的厚度，并可以利用粘合层固定到第一管道61内表面上。另外，过滤器665可以牢固地由独立的支撑装置667支撑。支撑装置667被形成为多孔的支撑板，其平均孔尺寸大于过滤器665的平均孔尺寸。过滤器665由支撑板667进行固定和支持。
当过滤器665形成为气-液分离层时，该过滤器665可以由选自聚四氟乙烯(PTFE)以及包含硅树脂的疏水薄膜中的一种材料制成。另外，过滤器665可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)以及聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种或多种材料制成，但并不限于这些材料。在此，过滤器665的材料并不局限于特定材料，相反，各种具有疏水特性的树脂材料都可以用于制备气-液分离层。更进一步地，过滤器665可以是单层或者多层结构。当过滤器665具有多层结构时，多个由相同或者不同材料制成的聚合物层可以互相层叠在一起。
图36为例示根据本发明的第七实施方式的半被动型燃料电池系统的整体结构的示意图。
参照图36，根据本发明的第七实施方式的半被动型燃料电池系统700包括电池堆10、用于向电池堆10供给燃料的燃料供给装置30以及用于向电池堆10供给空气的空气供给装置750。在下面对半被动型燃料电池系统700的说明中，与根据第一实施方式的半被动型燃料电池系统100相同的部件，采用相同的参照编号，其相关的详细说明将被略去。
空气供给装置750包括用于吸入和排放空气的鼓风装置51、将从鼓风装置51排出的空气供给到电池堆10上端或下端的管道760以及在与鼓风装置51分开预定距离的位置安装于管道760中的过滤器665。
管道760包括形成于电池堆10上端的第一管道761以及形成于电池堆10下端的第二管道771。鼓风装置51安装在第一管道761或第二管道771的内部或外部。管道760的作用是将从安装在第一个管道761第一部分中的鼓风装置51排出的空气导向电池堆10上端，并通过空气通道19供给空气。虽然在本实施方式中例示了第一管道761安装于电池堆10上端，第二管道771安装于电池堆10下端，但是应当理解，根据移动通讯终端的用途或设计，第一管道761可以安装于电池堆10下端，第二管道771可以安装于电池堆10上端。
第一管道761可以是中空的盒形结构。第一管道761包括在内部或者外部设置有鼓风装置51的第一部分以及位于电池堆10上端的第二部分。(在此，如图36所示，第一管道761第一部分相当于设置有鼓风装置51的左侧部分，并从电池堆10上端向外突出，而第一管道761第二部分相当于位于电池堆10上端的右侧部分)。可以形成第一管道761，使得第一管道761第一部分具有与鼓风装置51的高度实质上相对应的高度，并且该鼓风装置51设置于第一个管道761第一部分中。穿过第一管道761第一部分的上壁形成吸气口(未表示)(参照图35)，从而鼓风装置51可以通过吸气口吸入空气。吸气口的面积可以与鼓风装置51的上部面积相当。第一管道761第一部分具有一致的高度，以使吸入的空气可以可靠地向第一管道761第二部分流动。第一管道761一端可以关闭以防止由鼓风装置51吸入的空气泄漏到外面。从而，第一管道761促使由鼓风装置51吸入的空气向第一管道761第二部分供给。
第一管道761第二部分具有与电池堆10上端的面积相当的截面积，并具有预定的高度，以使第一管道761第二部分可以覆盖电池堆10的整个上端。与电池堆10上端接触的第一管道761第二部分的下壁打开，形成供气口(未表示)(参照图35)。供气口可以具有与电池堆10上端相对应的轮廓及面积。因此，在第一管道761中，由第一部分中的鼓风装置51通过吸气口吸入的空气被导入到第二部分，并通过供气口供给到电池堆10的空气通道19。
第一管道761第二部分可以具有恒定的高度。因此，即使第一管道761第二部分远离鼓风装置51，第一管道761第二部分也可以具有恒定的截面积。
与第一管道761的情况相似，第二管道771可以是中空的盒形结构。第二管道771安装于电池堆10下端而覆盖电池堆10下端。穿过第二管道771的上壁形成空气接收口(未表示)(参照图35)，其具有与所述电池堆10下端的面积相当的面积。该第二管道771的一端关闭，而其另一端打开，构成排气口(未表示)(参照图35)。从而，第二管道771用于将已经通过电池堆10的空气排放到外面。
另外，第二管道771具有恒定的高度。第二管道771为在电池堆10的阴极15反应产生的水提供了排放通道。在这种情况下，用于收集水的不同管道可以设置在第二管道71的另一端。
过滤器665由诸如海绵等空气可以通过的多孔材料制成。过滤器665可以形成为允许诸如空气等气体通过但不允许液体通过的气-液分离层。过滤器665具有与第一管道761的内部空间的横截面积相当的面积，并且在与鼓风装置51分开预定距离的位置安装在垂直于第一管道761中的气流的方向上。在第一管道761中过滤器665安装于鼓风装置51与电池堆10的一个上端之间。过滤器665可以安装在与电池堆10的一个上端相对应的位置。
过滤器665完全地占据着第一管道761的横截面积，这样空气可以在从鼓风装置51排出的空气压力被一致化的状态下通过过滤器665。因此，过滤器665可以减小在第一管道761的横向产生的气压差异。从而，在电池堆10的一个上端上安装于第一管道761中的过滤器665可以暂时地阻挡供给电池堆10上端的空气，并且使第一管道761横向上的空气压力一致化。流经过滤器665的空气在横向上压力被一致化而流入第一管道761第二部分。当第一管道761第二部分具有恒定的高度时，由于过滤器665减小了供给第一管道761第二部分的空气压力，空气可以均一地被供给到电池堆10上端。
图37为例示通过图35所示电池堆的气流的横截面视图。图38为例示图35所示电池堆中气流速度分布的电脑绘图。
当空气供给装置650的鼓风装置51运转时，该鼓风装置51通过吸气口62向下吸入空气，并且吸入的空气从鼓风装置51的侧面释放至第一管道61第二部分。第一管道61的结构允许从鼓风装置51排出的空气向第一管道61第二部分流动。第一管道61第二部分的上壁61c向下倾斜，以确保相邻于第一管道61的另一端61b的气流速度不会降低。过滤器665可以暂时地阻挡第一管道61中的气流，并且使供给第一管道61第二部分的空气在第一管道61的横向上压力一致。由于第一管道61第二部分的上壁61c是倾斜的，流经过滤器665的空气的气流速度被一致化。因此，过滤器665使空气具有恒定的速度而进入双极板16的空气通道19，并使进入各空气通道19中的空气量均一化。也就是说，如图37所示，在电池堆10中，空气速度在第一管道61的横向上被一致化，并且进入空气通道19的空气量也被均一化。如图38所示的空气速度分布(亮度分布)表示通过在空气通道19的下端测量流过空气通道19的空气的速度得到的结果。由于供给到空气通道19的空气量与相应的空气通道19的空气速度和截面积的乘积成比例，通过测量空气速度，有可能计算出流过空气通道19的空气量。在进行数值分析时，当安装有过滤器665时，在电池堆10下端测量的不同位置的速度偏差为4cm/s，是非常低的。当未安装过滤器665时，不同位置的速度偏差为30cm/s。
已经流过第一管道61的空气流出电池堆10下端，并通过第二管道71的空气接收口73进入第二管道71。由于双极板16的空气通道19呈在垂直方向延伸的直线形，因此可以确保平稳的气流。第二管道71与电池堆10下端相连接，其结构允许从电池堆10进入其中的空气向第二管道71的另一端71b流动。由于第二管道71的内部空间高度从一端71a到另一端71b逐渐增加，从电池堆10进入第二管道71的空气可以顺利地从一端71a流到另一端71b。从一端71a流到另一端71b的空气通过形成于第二管道71的另一端71b的排气口72排到外面。
如上所述，根据本发明的实施方式所述的半被动型燃料电池系统的优势在于，由于诸如鼓风机或者风扇等鼓风装置安装在电池堆上端上方的一侧上，空气通过与鼓风装置相连接的管道供给到电池堆上端，与直接将空气从上端供给电池堆的情况相比，本发明可以均一地向形成于各电池堆的双极板中的空气通道供给空气，而不管这些空气通道的位置如何。
另外，在一个实施方式中，形成各双极板的空气通道，使得空气通道的截面积随着其远离鼓风装置逐渐减小。这样，即使从鼓风装置输出的空气量比较大时，也可以均一地向形成于各电池堆的双极板中的空气通道供给空气，而不管这些空气通道的位置如何。
更进一步地，在一个实施方式中，空气调节层在上壁倾斜的管道中安装于电池堆空气通道的上端。因此，供给到电池堆空气通道的空气压力被一致化，并且可以以均一的流速和气流量供应空气。
此外，在一个实施方式中，空气调节装置在电池堆上方的预定位置安装于上壁倾斜的管道内表面上，以改变管道中的气流，调节供给各双极板另一端的气流速度以及空气量。因此，可以均一地向双极板的空气通道供给空气，而不管这些空气通道的位置如何。
此外，在一个实施方式中，过滤器在与鼓风装置分开预定距离的位置安装在上壁倾斜的管道内，以使管道横向的空气压力以及电池堆上端的气流速度一致化。因此，可以均一地向双极板的空气通道供给空气。
如上所述，仅为本发明的一些实例而已，因此，凡本领域技术人员在本发明的上述精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
权利要求
1.一种半被动型燃料电池系统，包括电池堆、向电池堆供给燃料的装置以及向电池堆供给空气的装置；所述电池堆具有电池堆上端、电池堆下端以及彼此横向堆积的多个单元电池，每个单元电池包括膜电极组件以及位于膜电极组件两侧的双极板，所述膜电极组件具有电解质膜、阴极以及阳极，所述电解质膜具有电解质膜第一侧表面以及电解质膜第二侧表面，所述阴极形成于电解质膜第一侧表面上，所述阳极形成于电解质膜第二侧表面上，每块双极板具有双极板上端以及双极板下端；其中，每块双极板在朝向阴极的表面上都具有空气通道，该空气通道从双极板上端向双极板下端延伸；并且，所述供给空气的装置包括分别安装在电池堆上端和电池堆下端的管道以及通过管道鼓入空气的鼓风装置。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述双极板的空气通道呈从电池堆上端向电池堆下端延伸的直线形。
3.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述管道包括安装在电池堆上端的第一管道以及安装在电池堆下端的第二管道，所述第一管道包括第一管道第一部分以及第一管道第二部分；并且，安装有通过管道鼓入空气的鼓风装置从第一管道第一部分供给空气。
4.根据权利要求3所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道第一部分包括鼓风装置，所述第一管道第二部分完全地覆盖电池堆上端；并且，在所述鼓风装置的正上方穿过第一管道第一部分的上壁形成有吸气口，穿过第一管道第二部分的下壁形成有向电池堆供给空气的供气口，其具有与电池堆的上端面积相当的面积。
5.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道第二部分包括第一管道第二部分左端以及第一管道第二部分右端，所述第一管道第二部分左端最接近于所述鼓风装置；并且，第一管道第二部分的上壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而上壁的高度从第一管道第二部分左端向第一管道第二部分右端逐渐降低。
6.根据权利要求4所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道第一部分具有与所述鼓风装置的高度实质上相当的高度；并且，安装所述鼓风装置，使得其通过吸气口吸入空气，并将吸入的空气供给第一管道第二部分。
7.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道包括第二管道左端以及第二管道右端；并且，穿过第二管道的上壁形成有用于接收通过电池堆的空气的空气接收口，其具有与该电池堆的下端面积相当的面积，穿过第二管道右端形成有用于将空气排到外面的排气口。
8.根据权利要求7所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道的下壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而该下壁的高度从第二管道左端向第二管道右端逐渐增加。
9.根据权利要求8所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道的下壁以与第一管道的上壁同样的倾斜角倾斜。
10.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述鼓风装置包括鼓风机或者风扇。
11.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述双极板具有双极板第一部分以及双极板第二部分；并且，形成所述双极板的空气通道，使得形成在双极板第一部分上的空气通道的截面积不同于形成在双极板第二部分上的空气通道。
12.根据权利要求11所述的燃料电池系统，其中，形成所述双极板的空气通道，使得形成在与鼓风装置最近的双极板第一部分上的空气通道的截面积大于形成在双极板第二部分上的空气通道的截面积。
13.根据权利要求12所述的燃料电池系统，其中，形成所述双极板的空气通道，使得空气通道的截面积从双极板第一部分向双极板第二部分逐渐减小。
14.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述供给空气的装置进一步包括形成在电池堆上端的、覆盖包括形成有空气通道的区域在内的区域的空气调节层。
15.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节层与第一管道相连接，占据着整个供气口。
16.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节层由空气可以通过的多孔材料构成。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节层由具有微孔的多孔材料构成，该微孔的截面积小于所述空气通道的截面积。
18.根据权利要求14所述燃料电池系统，其中，所述空气调节层由选自聚四氟乙烯、硅树脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种形成为气-液分离层。
19.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节层由擦拭材料或透气材料构成。
20.根据权利要求14所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节层包括空气可以通过的第一金属网，该第一金属网由金属滤网或者多孔金属发泡体构成。
21.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中，形成所述第一金属网，使得其开口尺寸小于空气通道的开口尺寸。
22.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中，所述第一金属网进一步包括形成于该第一金属网的一整个表面上的气-液分离层。
23.根据权利要求22所述的燃料电池系统，其中，所述气-液分离层由选自聚四氟乙烯、硅树脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种形成。
24.根据权利要求20所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节层进一步包括形成在电池堆下端的第二金属网，以覆盖包括形成有空气通道的区域在内的区域。
25.根据权利要求24所述的燃料电池系统，其中，所述第二金属网允许空气通过，并由金属滤网或者多孔金属发泡体构成。
26.根据权利要求25所述的燃料电池系统，其中，所述第二金属网进一步包括形成于该第二金属网的一整个表面上的气-液分离层。
27.根据权利要求26所述的燃料电池系统，其中，所述气-液分离层由选自聚四氟乙烯、硅树脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种形成。
28.根据权利要求24所述的燃料电池系统，其中，热导管与第一金属网及第二金属网相连接。
29.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中，所述热导管包括在所述第一金属网的横向以预定间隔彼此分隔开的多个棒、杆或板。
30.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中，所述热导管呈单板形状，其宽度与第一金属网宽度相当，并具有预定厚度。
31.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中，所述热导管由铜或者铝金属制成。
32.根据权利要求28所述的燃料电池系统，其中，在热导管与电池堆之间形成有电绝缘层。
33.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述空气供给装置进一步包括空气调节装置，其在与鼓风装置分开预定距离的位置形成于第一管道的内表面上；并且，所述空气调节装置在第一管道的横向延伸，并向下突出预定长度。
34.根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节装置形成于第一管道第二部分的纵向的中间部分。
35.根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节装置为突起，该突起与第一管道一体地形成，并在第一管道的上壁向内突出。
36.根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节装置由与第一管道第二部分的上壁内表面相连的分隔块形成。
37.根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节装置的截面形状呈半圆形或三角形。
38.根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节装置的前表面与空气直接接触，所述前表面相对于气流方向呈钝角或者具有拱形轮廓。
39.根据权利要求33所述的燃料电池系统，其中，所述空气调节装置在其安装位置处具有相当于第一管道的内部空间高度的30％-70％的突出长度。
40.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统是直接甲醇燃料电池系统或者聚合物电解质膜燃料电池系统。
41.一种半被动型燃料电池系统，包括电池堆、向电池堆供给燃料的装置以及向电池堆供给空气的装置；所述电池堆具有电池堆上端、电池堆下端以及彼此横向堆积的多个单元电池，每个单元电池包括膜电极组件以及位于膜电极组件两侧的双极板，所述膜电极组件具有电解质膜、阴极以及阳极，所述电解质膜具有电解质膜第一例表面以及电解质膜第二侧表面，所述阴极形成于电解质膜第一侧表面上，所述阳极形成于电解质膜第二侧表面上，每块双极板具有双极板上端以及双极板下端；其中，每块双极板在朝向阴极的表面上都具有空气通道，该空气通道从双极板上端向双极板下端延伸；所述供给空气的装置包括安装在电池堆上端的第一管道、安装在电池堆下端的第二管道、通过第一管道和第二管道鼓入空气的鼓风装置以及在第一管道中设置于鼓风装置与电池堆上端之间的过滤器；并且，所述鼓风装置安装在第一管道中。
42.根据权利要求41所述的燃料电池系统，其中，所述双极板的空气通道呈从电池堆上端向电池堆下端延伸的直线形。
43.根据权利要求41所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道包括第一管道第一部分以及第一管道第二部分；并且，安装有鼓风装置将空气从第一管道第一部分供给到第一管道第二部分。
44.根据权利要求43所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道第一部分包括鼓风装置，所述第一管道第二部分完全地覆盖电池堆上端；并且，在所述鼓风装置的正上方穿过第一管道第一部分的上壁形成有吸气口，穿过第一管道第二部分的下壁形成有向电池堆供给空气的供气口，其具有与电池堆的上端面积相当的面积。
45.根据权利要求43所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道第二部分包括第一管道第二部分左端以及第一管道第二部分右端；并且，第一管道第二部分的上壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而上壁的高度从第一管道第二部分左端向第一管道第二部分右端逐渐降低。
46.根据权利要求45所述的燃料电池系统，其中，所述过滤器具有与第一管道的内部空间的横截面积相当的面积，并被安装在垂直于气流的方向上。
47.根据权利要求45所述的燃料电池系统，其中，所述过滤器安装在与所述电池堆的一端相对应的位置。
48.根据权利要求45所述的燃料电池系统，其中，所述过滤器由空气可以通过的多孔材料构成。
49.根据权利要求48所述的燃料电池系统，其中，所述过滤器由选自聚四氟乙烯、硅树脂、聚乙烯、聚丙烯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯中的一种构成。
50.根据权利要求45所述的燃料电池系统，其中，所述过滤器由安装在第一管道中的支撑板支撑。
51.根据权利要求53所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道包括第二管道左端以及第二管道右端；并且，穿过第二管道的上壁形成有用于接收通过电池堆的空气的空气接收口，其具有与该电池堆的下端面积相当的面积，穿过第二管道右端形成有用于将空气排到外面的排气口。
52.根据权利要求51所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道的下壁向下倾斜而具有预定的倾斜角，从而该下壁的高度从第二管道左端向第二管道右端逐渐增加。
53.根据权利要求52所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道的下壁以与第一管道的上壁同样的倾斜角倾斜。
54.根据权利要求43所述的燃料电池系统，其中，所述第一管道第二部分的上壁具有一致的高度。
55.根据权利要求54所述的燃料电池系统，其中，所述第二管道的下壁具有一致的高度。
56.根据权利要求41所述的燃料电池系统，其中，所述鼓风装置包括鼓风机或者风扇。
57.根据权利要求41所述的燃料电池系统，其中，所述燃料电池系统是直接甲醇燃料电池系统或聚合物电解质膜燃料电池系统。
全文摘要
本发明提供一种半被动型燃料电池系统。一种由多个彼此横向堆积的单元电池构成的电池堆被设置。每个单元电池包括膜电极组件以及位于膜电极组件两侧的双极板。所述膜电极组件包括电解质膜、阴极以及阳极。所述阴极与阳极分别位于电解质膜的两侧。另外，设置了供给燃料的装置以及供给空气的装置。每块双极板在朝向阴极的表面上都具有空气通道，该空气通道从双极板上端向双极板下端延伸。所述供给空气的装置包括分别安装在电池堆上端和电池堆下端的管道以及通过管道鼓入空气的鼓风装置。
文档编号H01M8/24GK1953254SQ20061015282
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月20日 优先权日2005年10月20日
发明者罗永承, 徐晙源, 申政燮 申请人:三星Sdi株式会社