[发明专利]燃料电池堆离散集管有效
申请号: | 201110042443.3 | 申请日: | 2011-02-22 |
公开(公告)号: | CN102163732A | 公开(公告)日: | 2011-08-24 |
发明(设计)人: | T.D.博古米尔;G.W.斯卡拉;M.J.伯伊特尔 | 申请(专利权)人: | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 |
主分类号: | H01M8/24 | 分类号: | H01M8/24;H01M8/04 |
代理公司: | 中国专利代理(香港)有限公司 72001 | 代理人: | 代易宁;杨楷 |
地址: | 美国密*** | 国省代码: | 美国;US |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 燃料电池 离散 | ||
技术领域
本公开涉及燃料电池组件,并且更具体地,涉及用于供应到燃料电池堆以及从燃料电池堆移除的反应物和冷却剂的集管歧管。
背景技术
燃料电池系统逐渐作为多种应用中的功率源。已提出使用燃料电池系统作为内燃发动机的替代品用在车辆之类的功率消耗设备中。共有的美国专利申请No.10/418,536中公开了这种系统,该专利申请的全部内容通过引用并入本文。燃料电池还可用作建筑物和住宅中的静态电功率设备,作为摄像机、计算机等的便携功率源。通常,燃料电池产生用于给电池充电或者给电动机提供功率的电力。
燃料电池是将诸如氢的燃料与诸如氧的氧化剂进行结合以产生电力的电化学装置。氧通常由空气流供应。氢和氧结合而形成水。可使用其它燃料,例如天然气、甲醇、汽油和煤制合成燃料。
燃料电池采用的基本过程是有效的、基本无污染的、安静的、没有运动部件(除了空气压缩机、冷却风扇、泵和致动器之外),且可以构造为仅仅剩下热和水作为副产物。根据使用的环境,术语“燃料电池”通常用于指单个电池或多个电池。多个电池通常被绑定在一起并布置为形成电池堆,电池堆具有通常以电串联方式布置的多个电池。因为可以将单个燃料电池组装到变化的长度的堆中,所以系统可设计成产生期望的能量输出水平,为不同的应用提供设计上的灵活性。
堆可能包括多于一百个的单个的双极板,其中连续的板和设置在其之间的膜电极组件(MEA)形成单个的电池。通常,形成在连续的双极板中的孔协作以形成沿燃料电池堆的长度延伸的“集管”。板形成的集管将反应物(诸如氧和氢)以及冷却剂分配到单个的电池中。板形成的集管的第一端密封地设置成抵靠端单元,其中通常设置有喷射器、再循环器、反应物源、加湿器或其它支持系统。板形成的集管的第二端密封地设置成抵靠端板或第二端单元。
双极板包括形成于其上的活性和非活性的区域。电化学反应发生在双极板的活性区域。非活性区域用于在板的部分上引导反应物和冷却剂、提供用于衬垫材料的密封表面、在板上形成孔、以及提供用于板的结构支撑。板上的非活性区域的大的面积导致用于形成单个的电池的衬垫和板的低效率使用。
不同数量的电池的燃料电池堆要求不同量的反应物和冷却剂以适当地操作。可以调整形成于双极板中的孔的大小来优化流至燃料电池堆和从燃料电池堆流出的反应物和冷却剂的流率。具有较大量的电池以及因此具有更长堆长度的堆要求板形成的集管能够承载更多反应物和冷却剂,要求板中的孔更大。结果,特定的板设计被限制在相对窄的堆长度范围内,并且制造商可能被要求支持多种板设计以适应能量需求有很大差异的多种车辆。
燃料电池堆要求连续的板之间的紧密的堆置对准和足够的密封。形成在板上的密封表面和MEA必须适当地对准以形成有效率地操作的燃料电池堆,防止反应物和冷却剂的泄漏以及使连续的板彼此电隔离。
当单个板设计用于形成燃料电池堆时,板形成的集管具有沿着集管长度的一致的横截面形状。对于燃料电池堆而言,一致的横截面形状可能是不合需要的,因为沿着集管的长度可能存在压力差,造成反应物和冷却剂进入单个的电池的流率不同。另外,板形成的集管限制集管进入燃料电池堆的端部来放置构件,诸如例如对燃料电池堆的操作所必需的分配歧管、水分离器和喷射器。
可能希望生产一种用于燃料电池堆的离散的集管,其中,离散集管使板和衬垫材料的使用最小化,允许单个板的设计用于能量需求差异很大的多个堆长度,提供用于燃料电池堆的耐久的对准机构,并且提供燃料电池堆的构件和构造的集成灵活性。
发明内容
已经惊人地发现本发明当前提供的一种用于燃料电池系统的离散集管,该离散集管使板和衬垫材料的使用最小化,允许单个板的设计用于能量需求差异大的多个燃料电池堆长度,提供用于燃料电池堆的耐久的对准机构,并且提供燃料电池系统的构件和构造的集成灵活性。
在第一实施例中,燃料电池系统包括燃料电池板,该燃料电池板包括第一局部集管,以及包括第二局部集管和紧固点的主体,所述紧固点联接到所述板,所述主体的所述紧固点将所述主体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间形成集管。
在另一实施例中,燃料电池系统包括多个燃料电池板,该多个燃料电池板对准以形成燃料电池堆,该堆包括第一局部集管和通道;至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件,膜电极组件设置在燃料电池板之间;包括第二局部集管的离散集管部,以及设置在离散集管部上的紧固点,紧固点沿着离散集管部的长度延伸,紧固点是大致符合通道的形状的突出的隆突,其中,紧固点联接到通道以便由第一局部集管和第二局部集管形成集管。
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