[發(fā)明專利]燃料電池堆離散集管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110042443.3
• 申請日: 2011-02-22
• 公開（公告）號: CN102163732A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: T.D.博古米爾;G.W.斯卡拉;M.J.伯伊特爾
• 申請（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01M8/24
• 分類號: H01M8/24;H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 代易寧;楊楷

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及燃料電池組件，并且更具體地，涉及用于供應(yīng)到燃料電池堆以及從燃料電池堆移除的反應(yīng)物和冷卻劑的集管歧管。

背景技術(shù)

燃料電池系統(tǒng)逐漸作為多種應(yīng)用中的功率源。已提出使用燃料電池系統(tǒng)作為內(nèi)燃發(fā)動機的替代品用在車輛之類的功率消耗設(shè)備中。共有的美國專利申請No.10/418,536中公開了這種系統(tǒng)，該專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。燃料電池還可用作建筑物和住宅中的靜態(tài)電功率設(shè)備，作為攝像機、計算機等的便攜功率源。通常，燃料電池產(chǎn)生用于給電池充電或者給電動機提供功率的電力。

燃料電池是將諸如氫的燃料與諸如氧的氧化劑進(jìn)行結(jié)合以產(chǎn)生電力的電化學(xué)裝置。氧通常由空氣流供應(yīng)。氫和氧結(jié)合而形成水。可使用其它燃料，例如天然氣、甲醇、汽油和煤制合成燃料。

燃料電池采用的基本過程是有效的、基本無污染的、安靜的、沒有運動部件（除了空氣壓縮機、冷卻風(fēng)扇、泵和致動器之外），且可以構(gòu)造為僅僅剩下熱和水作為副產(chǎn)物。根據(jù)使用的環(huán)境，術(shù)語“燃料電池”通常用于指單個電池或多個電池。多個電池通常被綁定在一起并布置為形成電池堆，電池堆具有通常以電串聯(lián)方式布置的多個電池。因為可以將單個燃料電池組裝到變化的長度的堆中，所以系統(tǒng)可設(shè)計成產(chǎn)生期望的能量輸出水平，為不同的應(yīng)用提供設(shè)計上的靈活性。

堆可能包括多于一百個的單個的雙極板，其中連續(xù)的板和設(shè)置在其之間的膜電極組件（MEA）形成單個的電池。通常，形成在連續(xù)的雙極板中的孔協(xié)作以形成沿燃料電池堆的長度延伸的“集管”。板形成的集管將反應(yīng)物（諸如氧和氫）以及冷卻劑分配到單個的電池中。板形成的集管的第一端密封地設(shè)置成抵靠端單元，其中通常設(shè)置有噴射器、再循環(huán)器、反應(yīng)物源、加濕器或其它支持系統(tǒng)。板形成的集管的第二端密封地設(shè)置成抵靠端板或第二端單元。

雙極板包括形成于其上的活性和非活性的區(qū)域。電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在雙極板的活性區(qū)域。非活性區(qū)域用于在板的部分上引導(dǎo)反應(yīng)物和冷卻劑、提供用于襯墊材料的密封表面、在板上形成孔、以及提供用于板的結(jié)構(gòu)支撐。板上的非活性區(qū)域的大的面積導(dǎo)致用于形成單個的電池的襯墊和板的低效率使用。

不同數(shù)量的電池的燃料電池堆要求不同量的反應(yīng)物和冷卻劑以適當(dāng)?shù)夭僮鳌？梢哉{(diào)整形成于雙極板中的孔的大小來優(yōu)化流至燃料電池堆和從燃料電池堆流出的反應(yīng)物和冷卻劑的流率。具有較大量的電池以及因此具有更長堆長度的堆要求板形成的集管能夠承載更多反應(yīng)物和冷卻劑，要求板中的孔更大。結(jié)果，特定的板設(shè)計被限制在相對窄的堆長度范圍內(nèi)，并且制造商可能被要求支持多種板設(shè)計以適應(yīng)能量需求有很大差異的多種車輛。

燃料電池堆要求連續(xù)的板之間的緊密的堆置對準(zhǔn)和足夠的密封。形成在板上的密封表面和MEA必須適當(dāng)?shù)貙?zhǔn)以形成有效率地操作的燃料電池堆，防止反應(yīng)物和冷卻劑的泄漏以及使連續(xù)的板彼此電隔離。

當(dāng)單個板設(shè)計用于形成燃料電池堆時，板形成的集管具有沿著集管長度的一致的橫截面形狀。對于燃料電池堆而言，一致的橫截面形狀可能是不合需要的，因為沿著集管的長度可能存在壓力差，造成反應(yīng)物和冷卻劑進(jìn)入單個的電池的流率不同。另外，板形成的集管限制集管進(jìn)入燃料電池堆的端部來放置構(gòu)件，諸如例如對燃料電池堆的操作所必需的分配歧管、水分離器和噴射器。

可能希望生產(chǎn)一種用于燃料電池堆的離散的集管，其中，離散集管使板和襯墊材料的使用最小化，允許單個板的設(shè)計用于能量需求差異很大的多個堆長度，提供用于燃料電池堆的耐久的對準(zhǔn)機構(gòu)，并且提供燃料電池堆的構(gòu)件和構(gòu)造的集成靈活性。

發(fā)明內(nèi)容

已經(jīng)驚人地發(fā)現(xiàn)本發(fā)明當(dāng)前提供的一種用于燃料電池系統(tǒng)的離散集管，該離散集管使板和襯墊材料的使用最小化，允許單個板的設(shè)計用于能量需求差異大的多個燃料電池堆長度，提供用于燃料電池堆的耐久的對準(zhǔn)機構(gòu)，并且提供燃料電池系統(tǒng)的構(gòu)件和構(gòu)造的集成靈活性。

在第一實施例中，燃料電池系統(tǒng)包括燃料電池板，該燃料電池板包括第一局部集管，以及包括第二局部集管和緊固點的主體，所述緊固點聯(lián)接到所述板，所述主體的所述緊固點將所述主體固定到所述板上以便在所述第一局部集管和所述第二局部集管之間形成集管。

在另一實施例中，燃料電池系統(tǒng)包括多個燃料電池板，該多個燃料電池板對準(zhǔn)以形成燃料電池堆，該堆包括第一局部集管和通道；至少部分地由襯墊材料形成的多個膜電極組件，膜電極組件設(shè)置在燃料電池板之間；包括第二局部集管的離散集管部，以及設(shè)置在離散集管部上的緊固點，緊固點沿著離散集管部的長度延伸，緊固點是大致符合通道的形狀的突出的隆突，其中，緊固點聯(lián)接到通道以便由第一局部集管和第二局部集管形成集管。