[發明專利]PEM燃料電池堆氫分配插入件

有效

• 申請號: 201110064408.1
• 申請日: 2011-03-17
• 公開（公告）號: CN102195053A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: T·D·博古米爾;S·G·格貝爾;G·M·羅布;C·M·克拉斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

技術領域

本發明涉及一種燃料電池堆，并更特別地涉及包括置于其進口集管中的插入件的燃料電池堆，其促進了流體到燃料電池堆的燃料電池的均勻的流動。

背景技術

燃料電池能量系統將燃料和氧化劑（反應劑）轉換成電能。其中一種燃料電池能量系統使用質子交換膜（PEM）催化地促進這種燃料（例如氫）和氧化劑（例如空氣或氧氣）的反應從而產生電能。水是電化學反應中的副產物。所述PEM是一種固體聚合物電解質，其可以促進燃料電池堆的每一個單獨的燃料電池中的質子從陽極向陰極的轉移，這種燃料電池堆一般配備在燃料電池能量系統中。

在典型的燃料電池組件中，各個單獨的燃料電池包括帶有通道的燃料電池板，不同的反應劑和冷卻流體流過所述通道。各燃料電池板可以例如是單極或雙極的。雙極性板可以通過組合多個單極性板而形成。氧化劑通過陰極進口集管被提供至陰極，而燃料通過陽極進口集管被提供至陽極。水副產物從多個通道向出口集管的運動通常由通過燃料電池組件的反應劑的流動所導致。邊界層的剪力和反應劑的壓力輔助運送水通過這些通道，直到水通過出口集管從燃料電池中流出。

一種膜-電極-組件（MEA）被設置在相繼的板之間以促進電化學反應。所述MEA包括陽極、陰極以及位于兩者之間的電解質膜。多孔擴散介質（DM）位于MEA的兩側來促進用于電化學燃料電池反應的反應劑的傳送。

當在燃料電池堆中啟動電化學燃料電池反應時，基本上同時通常需要提供氫燃料，以這種方式導致單個燃料電池在其活化區域中接收氫。然而，進口集管典型地填充氫，以這種方式導致靠近進口集管的氫進口的燃料電池為接收氫的第一燃料電池。相反地，離進口集管的氫進口最遠的燃料電池為接收氫的最后燃料電池。

當氫流入燃料電池板的活化區域時，可測量局部電壓升高。當電負載施加到燃料電池堆時，電壓升高產生電流，其通過燃料電池堆的其余燃料電池板驅動。不具有支持電流的足夠氫量的燃料電池堆的燃料電池可經歷局部反向電流，由此導致電極碳腐蝕。直到例如所有燃料電池被供給氫的電化學燃料電池反應的延遲開始通常導致通過燃料電池堆的排氣集管的不希望的氫排放。

已經采用各種技術來在燃料電池堆的電化學燃料電池反應啟動時向燃料電池的每個同步提供氫。一種此類技術包括提供進口集管放氣閥，例如在美國專利申請公開No.2005/0129999中公開。放氣閥使進口集管就在開始電化學燃料電池反應之前能夠充溢氫。放氣閥增加了燃料電池堆的成本并向系統引入了額外的運動部件。

替代技術已經采用了多個流體通道以形成外部集管，其向燃料電池堆的進口集管內的分布位置供給氫。美國專利No.6,924,056和美國專利申請公開No.2005/0118487和2006/0280995大體上示出了這種技術。外部集管可難以密封燃料電池堆，并增加了燃料電池堆的成本和總體尺寸。

將希望的是產生有成本效益的燃料電池堆的進口集管插入件，其促進了在電化學燃料電池反應開始時向燃料電池堆中的每個燃料電池氫燃料的基本上同步輸送。

發明內容

與本發明兼容且協調地，已經令人驚訝地發現了用于燃料電池堆的有成本效益的進口集管插入件促進了在電化學燃料電池反應開始時在燃料電池堆中向每個燃料電池的氫燃料的基本上同步輸送。

在一個實施例中，包括：具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件被接收在燃料電池組件的進口集管內；形成在所述中空插入件的第一端處的進口，所述進口適于在其中接收流體；形成在所述第一端和所述第二端中間處的多個出口；以及形成在所述中空插入件中的多個流道，其提供所述進口和所述出口之間的流體連通以將所述流體輸送至所述燃料電池組件的多個燃料電池，其中所述流道提供了所述流體到所述燃料電池的基本上同步輸送。

在另一個實施例中，用于燃料電池組件的流體分配插入件包括：具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件被接收在燃料電池組件的進口集管內；形成在所述中空插入件的第一端處的進口，所述進口適于在其中接收流體；第一聯接構件，其形成在所述中空插入件的第一端附近，從而促進將所述中空插入件的進口聯接到流體供給導管；第二聯接構件，其形成在所述中空插入件的第二端附近，從而促進將所述中空插入件聯接到所述燃料電池組件；形成在所述第一端和所述第二端中間處的多個出口；以及形成在所述中空插入件中的多個流道，其提供所述進口和所述出口之間的流體連通以將所述流體輸送至所述燃料電池組件的多個燃料電池，其中所述流道提供了所述流體到所述燃料電池的基本上同步輸送。