[发明专利]具有集成的反应剂调节换热器的燃料电池组件

说明书

技术领域

本发明涉及包括换热器的燃料电池组件，该换热器用于调节阳极 和阴极反应剂气体中的一个或两个，更具体地说，本发明涉及燃料电 池组件，在该燃料电池组件中，反应剂调节换热器在结构上和功能上 与燃料电池堆垛集成在一起。

背景技术

燃料电池通常为夹在一对端板之间的板堆垛的形式。在典型的燃 料电池中，氢气或富氢气流供给燃料电池阳极，氧气或空气供给燃料 电池阴极。在引入燃料电池堆垛之前，这些反应剂优选是通过一个或 多个换热器而冷却或加热至燃料电池工作温度。换热器和燃料电池堆 垛通常是通过导管连接在一起的分开部件。使用分开形成的换热器可 能在空间受限制时成为问题，并可能增加燃料电池系统的复杂性和成 本。

燃料电池堆垛必须保持在狭窄的温度范围内以便高效工作。不过， 端板在燃料电池堆垛的顶部和底部与周围环境和燃料电池板接触。因 此，紧邻端板的燃料电池板可能处于与电池堆垛的中心部分的最佳温 度不同的温度，从而导致效率损失。

发明内容

本发明提供了一种包括燃料电池堆垛和第一换热器的燃料电池组 件，其中，第一反应剂气体和第二反应剂气体在所述燃料电池堆垛中 反应，以便产生电能，并产生第一废气和第二废气。燃料电池组件包 括多个板，这些板具有第一板壁和相对的第二板壁，该第一板壁和第 二板壁间隔开以限定中空内部。各板具有三对进口开口和出口开口， 包括冷却剂进口开口和冷却剂出口开口，它们通过布置在板的中空内 部中的冷却剂流动通道而相互流动连通。

燃料电池堆垛包括所述板的第一堆垛，在该第一堆垛中，所述进 口开口和出口开口还包括第一反应剂气体进口开口、第一废气出口开 口、第二反应剂气体进口开口和第二废气出口开口。板布置在第一堆 垛中，且它们的进口开口和出口开口对齐以形成多个相应轴向延伸的 歧管，包括第一反应剂气体进口歧管、第一废气出口歧管、第二反应 剂气体进口歧管、第二废气出口歧管、冷却剂进口歧管和冷却剂出口 歧管。在第一堆垛中的相邻对的所述板通过布置在所述相邻板之间的 电解质隔膜而绕它们的周边相互密封，这样，第一气体流动通道限定 于各板的第一板壁的外表面和一个所述隔膜之间，且第二气体流动通 道限定于各板的第二板壁的外表面和另一个所述隔膜之间，这样，第 一反应剂气体进口歧管和第一废气出口歧管通过所述第一气体流动通 道而相互流动连通，且第二反应剂气体进口歧管和第二废气出口歧管 通过所述第二气体流动通道而相互流动连通，整个第一堆垛的第一和 第二气体流动通道通过所述电解质隔膜而相互反应连通。

第一换热器位于燃料电池堆垛的第一端处，并包括所述板的第二 堆垛和一对端板。在所述板的第二堆垛中，所述进口开口和出口开口 还包括第一反应剂气体进口开口、第一反应剂气体出口开口以及用于 第一或第二废气的废气进口开口和废气出口开口。板布置在第二堆垛 中，且它们的进口开口和出口开口对齐以形成多个相应轴向延伸的歧 管，包括第一反应剂气体进口歧管、第一反应剂气体出口歧管、废气 进口歧管、废气出口歧管、冷却剂进口歧管和冷却剂出口歧管。在第 二堆垛中的相邻对的所述板通过布置在所述相邻板之间的热传递隔板 而绕它们的周边相互密封，其中，第一气体流动通道限定于各板的第 一板壁的外表面和一个所述隔板之间，且第二气体流动通道限定于各 板的第二板壁的外表面和另一个所述隔板之间，这样，第一反应剂气 体进口歧管和第一反应剂气体出口歧管通过所述第一气体流动通道而 相互流动连通，且废气进口开口和废气出口开口通过所述第二气体流 动通道而相互流动连通，整个第二堆垛的第一和第二气体流动通道通 过所述隔板而相互传热连通。

外部端板布置在第二堆垛的外端，远离第一堆垛，并具有：第一 反应剂气体开口，该第一反应剂气体开口与第二堆垛的第一反应剂气 体进口歧管流动连通；废气开口，该废气开口与第二堆垛的废气出口 歧管流动连通；以及冷却剂开口，该冷却剂开口与第二堆垛的冷却剂 进口歧管或冷却剂出口歧管流动连通，其中，外部端板密封第二堆垛 的废气进口歧管、第一反应剂气体出口歧管和另一冷却剂歧管中的每 个的外端。