[發明專利]用于最小化從電池堆的反應物外部泄漏的外部歧管

無效

• 申請號: 200880132104.0
• 申請日: 2008-11-26
• 公開（公告）號: CN102227843A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: R.J.古斯里伊
• 申請（專利權）人: UTC電力公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/02;H01M8/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 原紹輝

背景技術

本發明總體上涉及用于堆組件的歧管，并且更具體地，涉及用于燃料電池堆組件的外部歧管。再具體地，本發明涉及可以設置在泄漏敏感環境中的用于燃料電池堆組件的外部歧管。

在電池堆組件中，使用內部的反應物歧管和冷卻劑歧管及外部的反應物歧管和冷卻劑歧管是已知的。內部歧管大體上包括設置在構成電池堆組件的電池的各個板內的通道。這使得這些板本身比制造成與外部歧管一起使用的板更昂貴。內部歧管在每個電池的板之間具有潛在泄漏路徑，泄漏借助該路徑可“向板外流”到外部環境。雖然外部歧管也會泄漏氣體到外部環境，但是更容易實現這種泄漏的避免。電池堆組件和相關歧管的運行地點經常決定了環境可以容忍的氣體（通常為反應物）泄漏水平。實質上，在一些實例中，如果泄漏區域可以用空氣等凈化時，相對較大的泄漏是可以容忍的。通常，各種閉合空間，像例如容納人的車輛環境，是相對更泄漏敏感的，即更不容忍泄漏的，并且凈化泄漏的能力可能是很有限或不實際的。

外部歧管由歧管殼體、歧管密封墊圈、以及將歧管保持為緊緊地壓靠在電池堆邊緣上的機械加載或限制系統。

示出在圖1中和圖2的剖面圖中的US專利No.4,345,009的燃料電池模塊10是現有技術已知的外部歧管和防漏系統的一個實例。圖2的右下角是模塊10圖1中指向觀察者的角。模塊10包括燃料電池14的堆12。如圖3所示，每個燃料電池14包括透氣的陽極電極16和與之間隔設置的透氣的陰極電極18，其中層21，例如保持液體電解質的基體或質子交換膜（PEM），設置在它們之間。每個電極16、18包括分別在它們的臨近層20的表面上的極薄催化劑層19、21。導電的、不透氣板22可以分隔堆12內的相鄰燃料電池。在堆內的每個燃料電池可以包括一個分隔板以便術語“燃料電池”將包括堆的包括一個分隔板的重復單元。這個示例實施例的燃料電池可能與US專利No.4,115,627所示的相同，在4115627所示的中電解質是磷酸。然而，如在US專利No.6,024,848中的，具有質子交換膜電解質的燃料電池堆在歧管和它們完整性方面具有相似的需要。

在這個實施例中，每個第三燃料電池14′（圖3）包括設置在電極16與分隔板22之間的冷卻劑輸送層24。在平面內穿過這個層24的是冷卻劑輸送通道26。冷卻劑流動通過這些通道帶走燃料電池產生的熱。堆需要的冷卻劑層24和通道26的數量由在此未提及的多個不同因素決定。雖然為了簡便冷卻通道26顯示為延伸到表面32，但在實際燃料電池堆中它們將僅在鄰近該電池兩個角的區域內才延伸到表面32。用頂部和底部扁平石墨電流收集塊27、28完成堆14，這兩個塊分別結合到堆的每一端處的分隔板22，以及壓力板66、68。

如在附圖中所示的，堆部件16、18、20、22、24、27和28的外邊緣形成四個向外朝向、幾乎平坦的表面，這些表面是堆12的外表面。圖3中示出了這些表面中的兩個表面30、32的一部分。四個表面的每個基本上完全由反應氣體歧管覆蓋。空氣或氧氣氣體進入歧管34覆蓋表面30，而燃料或氫氣氣體進入歧管36覆蓋表面32。相對的表面由空氣排出歧管38和燃料排出歧管40覆蓋（圖2）。

剛剛描述的歧管布置結合了在堆的與進入歧管相對的每一側上的排出歧管。然而，如在US專利No.3,994,748中所示，覆蓋堆的一個表面的燃料歧管可以分成兩個隔間以用作進入和排出歧管，而在堆相對表面上的歧管用作混合歧管，相同的結構可以用于空氣。

陽極電極16和陰極電極18都包括相對厚的基板，所述基板具有形成在其側面上、分別限定反應氣體通道42、44的肋條。燃料氣體通道42輸送氫氣或富氫氣體從燃料進入歧管36到燃料排出歧管40地穿過電池。空氣通道44輸送空氣從空氣進入歧管34到空氣排出歧管38地穿過電池。每個基板的與具有肋條（及因此氣體通道）相對的平坦表面具有設置在其上的催化劑層19、21。