[發明專利]燃料電池組件

有效

• 申請號: 200980139165.4
• 申請日: 2009-10-07
• 公開（公告）號: CN102177610A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 彼得·戴維·胡德;莫拉迪哈蘭·阿里卡拉
• 申請（專利權）人: 智慧能量有限公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及燃料電池組件，特別地，涉及用于安裝開頂陰極燃料電池組的外殼。

背景技術

常規電化學燃料電池將燃料和氧化劑(通常都是氣流形式)轉化成電能和反應產物。用于使氫和氧反應的常規類型的電化學燃料電池包括聚合體離子(質子)轉移隔膜，燃料和空氣經過隔膜的兩側。質子(即，氫離子)傳導通過隔膜，由通過連接燃料電池的陽極和陰極的電路的電子來平衡。為了增加可用的電壓，堆棧可以形成為包括大量這種隔膜，所述隔膜設置有單獨的陽極和陰極流體流徑。這種堆棧典型地為塊體形式，包括由堆棧兩端的端板保持在一起的大量獨立的燃料電池板。

因為燃料和氧化劑的反應產生熱量以及電功率，因此燃料電池組要求一旦達到工作溫度就冷卻。冷卻可以通過將空氣推過陰極流體流徑實現。在開頂陰極堆棧中，氧化劑流徑和冷卻劑通道相同，即，推動空氣穿過堆棧，兩者供給氧化劑到陰極并且冷卻堆棧。

為了將用于向堆棧提供動力的其它設備與燃料電池組集成在一起，該堆棧可以設置為集成組件，具有集成的空氣和燃料管線和電輸出連接。該組件要求冷卻劑通道，冷卻劑通道可以與氧化劑流徑相同或不同，通常由通向堆棧和來自堆棧的集合管提供。對空氣流如何與陰極流徑相互作用需要特別仔細，以便實現均勻的空氣流和最小的壓力降。設計這種集合管會導致操作部件的復雜性和成本增加。

另一種復雜情況是需要為不同的應用設計不同的燃料電池組件，因為在所要求的電壓和電流以及空間方面每種應用將傾向于具有它自己的功率要求。為每種應用重新設計組件會在很大程度上增加每種實施方案的成本。

本發明的目標是解決上述問題中的一個或多個。

發明內容

根據本發明，提供了一種燃料電池組件，包括：

外殼，用于在其中安裝燃料電池組，外殼包括在進氣口和出氣口之間延伸的空氣流徑；和

燃料電池組，具有在堆棧的第一面和相對的第二面之間延伸的多個陰極空氣冷卻劑通道，

其中燃料電池組安裝在外殼內，以在堆棧的第一面和外殼的第一側壁之間提供第一錐形空氣體積，以及在堆棧的第二面和外殼的相對的第二側壁之間提供第二錐形空氣體積。

根據本發明的燃料電池組件的優點在于，由于錐形空氣體積通過外殼和堆棧的表面的相對配置設置，因此不要求特別設計的總管，由此降低整個組件的復雜性和成本。

堆棧的對角相對邊緣可以被密封在外殼的對應的第一側壁和相對的第二側壁上，以允許密封的空氣流徑穿過外殼。

外殼可以包括位于空氣流徑的第一端處的進口空氣過濾器和位于相對的第二端處的出氣口。這幫助降低組件的總體高度和寬度。可以結合從進口空氣過濾器延伸至第一錐形空氣體積的縮口錐形部分，以改善到堆棧的空氣流的均勻性。

還可以設置從第二錐形空氣體積延伸至出氣口的擴口錐形部分，以改善空氣流并降低組件上的任何壓力降。

風扇可以設置在出氣口處，用于通過空氣流徑吸引空氣。風扇可替換地可設置在進氣口處，用于吹動空氣通過空氣流徑。

外殼具有大致立方體外形，這允許多個組件一個堆疊在另一個的頂部上，用于增加堆棧可用的功率。

燃料電池組可以被安裝為相對于外殼的縱向軸線成5度和45度之間的角度。這種優選的角度范圍允許空氣流沿著堆棧均勻地分布，同時將外殼所要求的附加高度保持最小。特別優選的角度約為8.5度。

在某些實施方式中，燃料電池組可以包括在彼此橫向偏移的相對端板之間的交錯陣列的平坦燃料電池。可替換地，堆棧的形狀可以為大致立方體，端板彼此成一條直線，堆棧在端板之間具有均勻的橫截面。

可替換地，燃料電池組可以具有平行四邊形形式的橫截面形狀。

在優選的實施方式中，包括其中堆棧的橫截面形狀不是矩形的燃料電池組以及其中堆棧的形狀為大致立方體的燃料電池組，構成燃料電池組的平坦燃料電池平行于外殼的縱向軸線對齊。平行外殼軸線而不是垂直外殼軸線對齊電池，允許在堆棧上具有更均勻的壓力分布，由此確保通過堆棧的空氣流更均勻。

燃料電池組件任選地包括在出氣口和進氣口之間延伸的空氣再循環導管，該組件包括靠近出氣口的可伸縮擋板，所述擋板能夠在關閉位置和打開位置之間操作，在打開位置上，通過第二錐形空氣體積的一定比例的空氣經由再循環導管被重新引向進氣口。