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具有改進的冷凍啟動的分隔板設計.pdf

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具有 改進 冷凍 啟動 隔板 設計
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摘要
申請專利號:

CN201110402966.4

申請日:

2011.12.07

公開號:

CN102544550B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322511223IPC(主分類):H01M 8/04專利申請號:2011104029664申請日:20111207|||公開
IPC分類號: H01M8/04; H01M8/10 主分類號: H01M8/04
申請人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
發明人: S.J.斯潘塞
地址: 美國密執安州
優先權: 2010.12.07 US 12/962006
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 原紹輝;楊楷
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110402966.4

授權公告號:

102544550B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及具有改進的冷凍啟動的分隔板設計。具體地,公開了一種燃料電池板,所述燃料電池板包括:第一單極板;第二單極板,所述第二單極板與所述第一單極板協作以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間并且與冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有設置在第一部分與第三部分之間并且與反應劑出口相鄰的第二部分,其中所述第二部分與所述反應劑入口隔開第一距離,所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑入口隔開的距離大于所述第一距離。

權利要求書

1.一種燃料電池板,包括:第一單極板,所述第一單極板具有形成在其表面上的流動通道;第二單極板,所述第二單極板具有形成在其表面上的流動通道并且與所述第一單極板接合,所述第一單極板和所述第二單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑出口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑出口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑出口隔開的距離大于所述第一距離。2.根據權利要求1所述的燃料電池板,其中,所述冷卻劑流動通道的所述第二部分是曲線狀部分和直線狀部分中的一種。3.根據權利要求2所述的燃料電池板,其中,所述第二部分大體上為U形的。4.根據權利要求2所述的燃料電池板,其中,所述第一部分和所述第三部分是大體上線狀或者弓形中的一種。5.根據權利要求1所述的燃料電池板,進一步包括:設置在所述第一單極板和所述第二單極板之間的密封件,以在所述反應劑入口和所述冷卻劑流動通道之間提供流體密封。6.根據權利要求5所述的燃料電池板,其中,所述密封件是焊接接縫、粘合劑接縫、以及彈性體接縫中的一種。7.根據權利要求1所述的燃料電池板,進一步包括多個端口,所述多個端口形成在所述第一單極板和所述第二單極板的每個中并且與所述反應劑入口和所述反應劑出口的至少一個相鄰,所述多個端口在所述反應劑入口和所述反應劑出口的至少一個與形成在所述第一單極板和所述第二單極板上的流動通道之間提供流體連通。8.根據權利要求7所述的燃料電池板,其中,所述冷卻劑流動通道的第二部分的至少一部分設置在一對所述端口之間。9.一種燃料電池板,包括:第一單極板,所述第一單極板具有形成在其表面上的流動通道;第二單極板,所述第二單極板具有形成在其表面上的流動通道并且與所述第一單極板接合,所述第一單極板和所述第二單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、曲線狀的第二部分、以及第三部分,所述曲線狀的第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑出口相鄰,其中所述曲線狀的第二部分以第一距離與所述反應劑出口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑出口隔開的距離大于所述第一距離。10.一種燃料電池,包括:第一單極板;第二單極板,所述第二單極板與所述第一單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑入口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑入口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑入口隔開的距離大于所述第一距離。

說明書

具有改進的冷凍啟動的分隔板設計

技術領域

本發明涉及燃料電池板組件,具體而言涉及一種雙極燃料電池板組件,所述雙極燃料電池板組件由第一單極板和第二單極板通過以下方式形成:所述第一單極板和第二單極板協作以在其間形成冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道中的一個具有設置在第一部分和第三部分之間的第二部分,所述第二部分設置成與所述雙極燃料電池板組件的反應劑出口相鄰,或者設置成與其反應劑出口和反應劑入口相鄰。

背景技術

燃料電池已經在許多應用中被用作電源。例如,已經提出將燃料電池用于電動車輛的動力設備中以替代內燃發動機。在質子交換膜(PEM)類型燃料電池中,氫氣(或者含氫的氣體)被供給到燃料電池的陽極側,且氧氣作為氧化劑被供給到陰極側。該氧氣可以是純氧(O2)或者空氣。氧氣和氫氣可以單獨地稱為“反應劑”,或者共同被稱為“反應劑”。PEM燃料電池包括具有薄的、可傳送質子的、非導電的、固態聚合物電解質膜的膜電極組件(MEA),其中陽極催化劑在一個表面上且陰極催化劑在相反的表面上。如果擴散介質(DM)和/或者阻擋層被結合到MEA,并且可任選地與襯墊一起密封作為一個單元,那么所述單元已知為組合的電極組件(UEA)。為了形成單個燃料電池,MEA或者UEA被設置在單級板組件或者雙極板組件之間。

雙極板包括用于燃料電池堆中的相鄰燃料電池的陽極側和陰極側。圖1顯示了現有技術中已知的燃料電池板110的陽極側100。燃料電池板110由一對單極板通過例如焊接工藝或者粘接工藝聯接在一起而形成。流動通道112設置在燃料電池板110的陽極側100上,以方便使氫氣流動到每個MEA或者UEA的陽極側100。流動通道設置在燃料電池板110的陰極側中,以方便使氧氣流動到MEA或者UEA的陰極側。燃料電池板110由例如經過涂覆或者處理的不銹鋼之類的導電材料制造,使得燃料電池板110可以傳導由燃料電池所產生的電。此外,形成雙極燃料電池板110的單極板在其間限定冷卻劑流動通道(未示出),以方便冷卻流體流經其中,從而在使用期間控制燃料電池板110的溫度。流經冷卻劑流動通道的冷卻流體可以在低于冷凍條件的啟動過程期間暖熱燃料電池板110。冷卻劑流動通道典型地平行于形成在電池的活性區域內的燃料電池板110的陽極側100和陰極側上的流動通道112。

燃料電池板110包括入口孔118和出口孔120,以方便氫氣通過燃料電池板110的流動。燃料電池板110也包括入口孔116和出口孔114,以方便氧氣通過燃料電池板110的流動。燃料電池板110也包括冷卻劑入口124和冷卻劑出口122,以方便冷卻劑在形成燃料電池板110的單級板之間的流動。如圖1的燃料電池板110那樣,多個單獨的燃料電池板典型地被捆束在一起以形成燃料電池堆。每個燃料電池板110的入口孔116、118、124協作,以分別形成氧氣入口集管、氫氣入口集管和冷卻劑入口集管,且每個燃料電池板110的出口孔114、120、122協作,以分別形成氧氣出口集管、氫氣出口集管和冷卻劑出口集管。形成在入口孔118和冷卻劑出口122之間的焊接接縫126以及形成在出口孔120和冷卻劑入口124之間的焊接接縫128各自在入口孔118和冷卻劑流動通道之間以及在出口孔120和冷卻劑流動通道之間形成流體密封。在燃料電池板110的單極板之間可以形成額外的焊接接縫(未示出),以產生密封的冷卻劑區段,從而減少反應劑和/或者冷卻劑流失到環境中的損耗。

在使用中,使冷卻劑流經冷卻劑集管,并且進入到燃料電池堆的每個燃料電池板110的冷卻劑入口124中。使該冷卻劑流經形成在單極板之間的冷卻劑流動通道。冷卻劑的壓力足以讓冷卻劑流入平行于流動通道112的每個冷卻劑流動通道中。用箭頭130總體上顯示了冷卻劑的流動。

所述堆的燃料電池板110通常電串聯布置。所述堆之內的每個電池都可以包括UEA,每個UEA提供了電壓增量。所述堆之內的一組相鄰電池被稱為簇。堆之內的多個電池的典型布置在共同所有的美國專利No.?5,763,113中示出并進行了說明,此處通過引用將其全部內容并入。

在燃料電池堆已經進行操作并且接著在冷凍環境條件下斷電之后,燃料電池板110的流動通道112內的冷凝物可能結冰。所述冰可能在流動通道112中以及在入口端口132、入口通道133中、在出口端口134以及在出口通道135中聚集。入口端口132與入口通道133流體連通,所述入口通道133形成在單極板中間,在入口孔118和流動通道112之間提供流體連通。出口端口134與出口通道135流體連通,所述出口通道135形成在單極板中間,并且在出口孔120和流動通道112之間提供流體連通。當燃料電池堆在冷凍條件下加電時,在反應劑可以流動通過燃料電池板110之前,形成在流動通道112、端口132、134和通道133、135中的冰必須被融化。一旦冰已經融化,則燃料電池堆可以正確且有效地工作。流經所述堆的每塊板110的入口孔124并且具有高于冷凍溫度的溫度的冷卻劑將最終融化端口132、134和通道133、135中的冰,以方便反應劑流經其中,由此方便燃料電池堆的啟動。利用冷卻劑的流動來融化端口132、134和通道133、135中的冰所需的時間量將延遲燃料電池堆的啟動和有效操作。為了加速該時間量,輔助加熱器可以被用來增加冷卻劑的溫度,從而增加了燃料電池堆的成本和復雜性。

因此,期望開發一種具有形成在其中的冷卻劑流動通道的燃料電池板,所述冷卻劑流動通道的至少一部分設置成相鄰于反應劑入口,以方便融化形成在所述燃料電池板上的冰,并且最小化結合有所述燃料電池板的燃料電池堆的啟動時間。

發明內容

與本發明相協調和一致地,已經令人驚喜地發明了這樣的燃料電池板,所述燃料電池板具有形成在其中的冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道的至少一部分設置成相鄰于反應劑入口,以方便使形成在所述燃料電池板上的冰融化,并且最小化結合有所述燃料電池板的燃料電池堆的啟動時間。

在一個實施例中,燃料電池板包括:第一單極板,所述第一單極板具有形成在其表面上的流動通道;第二單極板,所述第二單極板具有形成在其表面上的流動通道并且與所述第一單極板接合,所述第一單極板和所述第二單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及,冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分、以及第三部分,所述第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑出口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑出口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑出口隔開的距離大于所述第一距離。

在另一實施例中,燃料電池板包括:第一單極板,所述第一單極板具有形成在其表面上的流動通道;第二單極板,所述第二單極板具有形成在其表面上的流動通道并且與所述第一單極板接合,所述第一單極板和所述第二單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及,冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、曲線狀的第二部分、以及第三部分,所述曲線狀的第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑出口相鄰,其中所述曲線狀的第二部分以第一距離與所述反應劑出口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑出口隔開的距離大于所述第一距離。

在又一實施例中,燃料電池包括:第一單極板;第二單極板,所述第二單極板與所述第一單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及,冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑入口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑入口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑入口隔開的距離大于所述第一距離。

本發明還包括以下方案:

方案1.?一種燃料電池板,包括:

第一單極板,所述第一單極板具有形成在其表面上的流動通道;

第二單極板,所述第二單極板具有形成在其表面上的流動通道并且與所述第一單極板接合,所述第一單極板和所述第二單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及

冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑出口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑出口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑出口隔開的距離大于所述第一距離。

方案2.?根據方案1所述的燃料電池板,其中,所述冷卻劑流動通道的所述第二部分是曲線狀部分和直線狀部分中的一種。

方案3.?根據方案2所述的燃料電池板,其中,所述第二部分大體上為U形的。

方案4.?根據方案2所述的燃料電池板,其中,所述第一部分和所述第三部分是大體上線狀或者弓形中的一種。

方案5.?根據方案1所述的燃料電池板,進一步包括:設置在所述第一單極板和所述第二單極板之間的密封件,以在所述反應劑入口和所述冷卻劑流動通道之間提供流體密封。

方案6.?根據方案5所述的燃料電池板,其中,所述密封件是焊接接縫、粘合劑接縫、以及彈性體接縫中的一種。

方案7.?根據方案1所述的燃料電池板,進一步包括多個端口,所述多個端口形成在所述第一單極板和所述第二單極板的每個中并且與所述反應劑入口和所述反應劑出口的至少一個相鄰,所述多個端口在所述反應劑入口和所述反應劑出口的至少一個與形成在所述第一單極板和所述第二單極板上的流動通道之間提供流體連通。

方案8.?根據方案7所述的燃料電池板,其中,所述冷卻劑流動通道的第二部分的至少一部分設置在一對所述端口之間。

方案9.?根據方案1所述的燃料電池板,進一步包括第二冷卻劑流動通道,所述第二冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間并且與所述冷卻劑出口流體連通,所述第二冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分設置在所述第二冷卻劑流動通道的所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑入口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑入口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑入口隔開的距離大于所述第一距離。

方案10.?根據方案9所述的燃料電池板,其中,所述第二冷卻劑流動通道的第二部分是曲線狀部分和直線狀部分中的一種。

方案11.?一種燃料電池板,包括:

第一單極板,所述第一單極板具有形成在其表面上的流動通道;

第二單極板,所述第二單極板具有形成在其表面上的流動通道并且與所述第一單極板接合,所述第一單極板和所述第二單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及

冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、曲線狀的第二部分、以及第三部分,所述曲線狀的第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑出口相鄰,其中所述曲線狀的第二部分以第一距離與所述反應劑出口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑出口隔開的距離大于所述第一距離。

方案12.?根據方案11所述的燃料電池板,其中,所述曲線狀的第二部分大體上為U形的。

方案13.?根據方案11所述的燃料電池板,其中,所述第一部分和所述第三部分是大體上線狀和弓形中的一種。

方案14.?根據方案11所述的燃料電池板,進一步包括:設置在所述第一單極板和所述第二單極板之間的密封件,以在所述反應劑入口和所述冷卻劑流動通道之間提供流體密封。

方案15.?根據方案14所述的燃料電池板,其中,所述密封件是焊接接縫、粘合劑接縫、以及彈性體接縫中的一種。

方案16.?根據方案11所述的燃料電池板,進一步包括:多個端口,所述多個端口形成在所述第一單極板和所述第二單極板的每個中,并且與所述反應劑入口和所述反應劑出口的至少一個相鄰,所述多個端口在所述反應劑入口和所述反應劑出口的至少一個與形成在所述第一單極板和所述第二單極板上的流動通道之間提供流體連通。

方案17.?根據方案16所述的燃料電池板,其中,所述冷卻劑流動通道的曲線狀的第二部分的至少一部分設置在一對所述端口之間。

方案18.?根據方案11所述的燃料電池板,進一步包括第二冷卻劑流動通道,所述第二冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板與所述曲線狀的第二單極板中間,并且與所述冷卻劑出口流體連通,所述第二冷卻劑流動通道具有第一部分、曲線狀的第二部分、以及第三部分,所述曲線狀的第二部分設置在所述第二冷卻劑流動通道的所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑入口相鄰,其中所述曲線狀的第二部分以第一距離與所述反應劑入口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑入口隔開的距離大于所述第一距離。

方案19.?一種燃料電池,包括:

第一單極板;

第二單極板,所述第二單極板與所述第一單極板協作,以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應劑入口和反應劑出口的雙極板;以及

冷卻劑流動通道,所述冷卻劑流動通道形成在所述第一單極板和所述第二單極板中間,與所述冷卻劑入口流體連通,所述冷卻劑流動通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分設置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應劑入口相鄰,其中所述第二部分以第一距離與所述反應劑入口隔開,并且所述第一部分和所述第三部分每個與所述反應劑入口隔開的距離大于所述第一距離。

方案20.?根據方案19所述的燃料電池板,其中,所述冷卻劑流動通道的所述第二部分是曲線狀部分和直線狀部分中的一種。

附圖說明

當結合附圖進行考慮,由以下對優選實施例的詳細說明,本發明的上述以及其他優點對于本領域普通技術人員而言將變得顯而易見,附圖中:

圖1是現有技術中已知的燃料電池板的部分俯視平面圖;

圖2是根據本發明實施例的燃料電池堆的分解透視圖;

圖3是圖2中圖示的燃料電池堆的燃料電池板的局部俯視平面圖;

圖4是圖3中圖示的燃料電池板的放大的局部俯視平面圖;以及

圖5是圖3中圖示的根據本發明實施例的燃料電池板的放大局部俯視平面圖,其中單極板被移除以顯示冷卻劑流動通道。

具體實施方式

隨后的詳細說明和附圖描述和圖示了本發明的各種示例性實施例。所述說明和附圖都用于使本領域普通技術人員能夠制造和使用本發明,而不是旨在以任何方式限制本發明的范圍。

圖2描述了具有一對膜電極組件12的燃料電池堆10,所述一對膜電極組件12由導電雙極板14彼此分隔開。為了簡潔,在圖2中只顯示和描繪了一個雙電池堆(即一塊雙極板),但要理解的是,典型的燃料電池堆10將具有許多更多的電池和雙極板。

膜電極組件12和雙極板14被堆疊在一起并且位于一對夾持板16、18和一對單極端板20、22之間。夾持板16、18與端板20、22通過密封件或者介電涂層(未示出)而電絕緣。單極端板20、雙極板14的兩個工作面、以及單極端板22包括相應的活性區域24、26、28、30。活性區域24、26、28、30典型地是用于分配氣體反應劑的流場,例如在膜電極組件12的陰極上分配氧氣或者空氣,在其陽極上分配氫氣。氫氣和氧氣/空氣可以被分別稱為“反應劑”,或者可以被共同稱為“反應劑”。

單極板14典型地通過傳統的用于成形片材金屬的工藝來形成,所述工藝例如沖壓、機加工、模制、或者通過光刻掩模的光蝕刻。在一個實施例中,雙極板14由隨后通過任何傳統工藝(例如焊接或者粘接)來接合的單極板形成。還應當理解的是,雙極板14也可以由復合材料形成。在一個特定實施例中,雙極板14由石墨或者由填充石墨的聚合物形成。

可以是膜電極組件12的部件的多個非導電襯墊32防止燃料電池的泄漏,并且在燃料電池堆10的數個部件之間提供電絕緣。透氣的擴散介質34與膜電極組件12相鄰設置。端板20、22也分別設置成相鄰于擴散介質34,同時雙極板14的活性區域26、28設置成相鄰于擴散介質34。

雙極板14、單極端板20、22以及膜電極組件12每個均包括陰極入口36和陰極出口38、冷卻劑入口42和冷卻劑出口40、以及陽極入口44和陽極出口46。如圖3中最佳所示,入口36、46和出口38、44的構造是逆流構造的一種。要理解的是,入口36、46可以設置在燃料電池板14的一端,出口38、44可以設置在燃料電池板14的另一端上,用于平行流動構造。燃料電池堆10的供給集管和排出集管通過使雙極板14、單極端板20、22以及膜電極組件12中的各孔36、38、40、42、44、46的對齊來形成。氫氣通過陽極入口導管52供給到陽極供給集管。空氣通過陰極入口導管54供給到燃料電池堆10的陰極供給集管。陽極出口導管56和陰極出口導管58也被提供分別用于陽極排出集管和陰極排出集管。冷卻劑入口導管62被提供用于將液體冷卻劑提供給冷卻劑供給集管。冷卻劑出口導管60被提供用于將冷卻劑從冷卻劑排出集管移除。必須理解,圖2中各種入口52、54、62和出口56、58、60的構造是為了說明的目的,其他構造也可以如所需地選擇。

圖2的雙極板14在圖3-5中顯示了更多的細節。雙極板14由一對單極板13、15形成。雙極板14包括形成在其上的多個流動通道64。在活性區域26中,流動通道64是波狀的。在活性區域26之外,流動通道64大體是線狀的,且提供反應劑從陽極入口44至活性區域26、以及從活性區域26到陽極出口46的流動。必須理解,活性區域26的流動通道64可以大體上是線狀的、蛇形的、或者如所需地具有其他構造。單極板13、15的周邊66接合在一起以形成雙極板14。單極板13、15可以通過例如焊接、施加粘合劑、使用彈性體接縫(elastomeric?seam)之類的任何傳統方式來結合在一起。通過將單極板13、15接合在一起,冷卻劑流動通道65形成在單極板13、15的中間。在活性區域26中,冷卻劑流動通道大體平行于流動通道64。在活性區域26之外,一部分冷卻劑流動通道78適于提供從冷卻劑入口40到活性區域26的冷卻劑流動通道、以及從活性區域26的冷卻劑流動通道到冷卻劑出口42的冷卻劑流動。活性區域26之外的冷卻劑流動通道部分78可以具有任何所需的形狀,例如線狀、弓形、以及波形,以方便冷卻劑從冷卻劑入口40和冷卻劑出口42流動到活性區域26中的冷卻劑流動通道65。形成在陽極入口44和流動通道64之間以及形成在陽極出口46和所述流動通道之間的焊接接縫68在陽極入口44和冷卻劑流動通道之間以及在陽極出口26和冷卻劑流動通道之間形成了流體密封。焊接接縫68進一步有利于將單極板13、15接合在一起以形成雙極板14。必須理解,焊接接縫68是密封件,并且焊接接縫68根據需要可以是粘合劑密封件、彈性體密封件或者金屬密封件。如以下所更詳細描述地,焊接接縫68具有的形狀大體上類似于冷卻劑流動通道70的形狀。必須理解,焊接接縫可以具有任何所需的形狀。額外的焊接接縫(未示出)可以形成在燃料電池板14的單極板13、15之間,以產生密封的冷卻劑區段,并且防止反應劑和/或者冷卻劑散逸到環境中的損耗。

冷卻劑流動通道70形成在活性區域26之外。如圖4、圖5中最佳所示,冷卻劑流動通道70是設置成最靠近陽極出口46的冷卻劑流動通道65。冷卻劑流動通道70包括第一部分72、第二部分74、和第三部分76。第二部分74設置在第一部分72和第三部分76之間。如圖4中最佳所示,第一部分72和第三部分76大體是線狀的。第二部分74大體是具有大致U形的曲線狀。第二部分74可以如所需具有直線形狀、V形、或者任何其他形狀。冷卻劑流動通道70的第二部分74的至少一部分設置在形成于雙極板14中的入口端口80之間。冷卻劑流動通道70的部分72、74、76形成在單極板13中。冷卻劑流動通道70通過單極板13和單極板15的協作來形成。必須理解,所述部分72、74、76可以形成在單極板15中,或者所述部分72、74、76中的一個或多個可以形成在單極板15中而剩余的部分則形成在單極板13中。

利用具有這樣的第二部分74的燃料電池板14已經獲得了有利的結果,其中所述第二部分74形成為盡可能地靠近出口端口80,使得其間只有焊接接縫68。出口端口80方便流體從流動通道64、經過形成在單極板13、15中間的通道81、流動到陽極出口46。第二部分74的至少一部分形成在雙極板14中,與陽極出口46離開第一距離。第一部分72和第三部分76形成在雙極板14中,它們所具有的離開陽極出口46的距離大于所述第一距離。必須理解,冷卻劑流動通道70可以包括設置在第一部分72和第三部分76之間、并且具有與第二部分74的形狀大體上相似的形狀的第四部分(未示出)。

大體上與冷卻劑流動通道70相同的第二冷卻劑流動通道82形成在雙極板14中并且位于活性區域26之外。第二冷卻劑流動通道82是離陽極入口44最近的冷卻劑流動通道。必須理解,雙極板14可以只包括冷卻劑流動通道70和第二冷卻劑流動通道82中的一個,并且冷卻劑流動通道70、82可以如所需地具有相同的形狀或者不同的形狀。

在使用中,使冷卻劑從源(未示出)流動通過燃料電池堆10的冷卻劑入口導管60。使冷卻劑從冷卻劑入口導管60流動到雙極板14的冷卻劑入口42中。冷卻劑的流動總體上用箭頭63來顯示。使冷卻劑流經冷卻劑流動通道78的一部分,并流至雙極板14的活性區域26中的冷卻劑流動通道。還使冷卻劑從冷卻劑入口42流動,并且進入冷卻劑流動通道70。然后,使冷卻劑流經冷卻劑流動通道70的第二部分74和第三部分76,并且接著流到活性區域26的冷卻劑流動通道。在低于冷凍條件中的燃料電池堆10的啟動操作期間,使冷卻劑流經冷卻劑流動通道70的第二部分74,從而將熱能傳輸到從通道81和端口80流經陽極出口46的反應劑,由此增加了反應劑的溫度,其中,通道81和端口80都與冷卻劑流動通道70的第二部分相鄰。通過增加陽極出口46中的反應劑的溫度,導致形成在流動通道64中或者形成在端口80和通道81中的冰融化,并且通過端口80和通道81的反應劑的流量被最大化,由此最小化燃料電池堆10的啟動時間和最大化燃料電池堆10的操作效率。與冷卻劑流動通道70相似,在低于冷凍條件的燃料電池堆10的啟動操作期間使冷卻劑流經第二冷卻劑流動通道82,從而將熱能傳輸到流經陽極入口44的反應劑,由此增加了反應劑的溫度。通過增加陽極入口44中的反應劑的溫度,導致形成在流動通道64中、或者端口86中或者通道84中的冰融化,并且反應劑流經端口86的流量被最大化,由此最小化燃料電池堆10的啟動時間以及最大化燃料電池堆10的操作效率。冷卻劑也將熱能傳輸到設置成相鄰于第二冷卻劑流動通道82的第二部分的一對端口86,以導致所述一對端口86中的任何冰都融化,由此最大化反應劑通過所述一對端口86的流量,從而最小化燃料電池堆10的啟動時間以及最大化燃料電池堆10的操作效率。

從前述的說明,本領域普通技術人員能夠很容易地確定本發明的實質特點,而不會偏離其精神和范圍,并且可以對本發明進行各種改變和修改,以使其適應各種用途和情形。

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