專利名稱：具有改進(jìn)的冷凍啟動(dòng)的分隔板設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(xié)作以在其間形成冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)通道中的一個(gè)具有設(shè)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(shè)置成與所述雙極燃料電池板組件的反應(yīng)劑出口相鄰，或者設(shè)置成與其反應(yīng)劑出口和反應(yīng)劑入口相鄰。
背景技術(shù)：
燃料電池已經(jīng)在許多應(yīng)用中被用作電源。例如，已經(jīng)提出將燃料電池用于電動(dòng)車輛的動(dòng)力設(shè)備中以替代內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。在質(zhì)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(cè)，且氧氣作為氧化劑被供給到陰極側(cè)。該氧氣可以是純氧(O2)或者空氣。氧氣和氫氣可以單獨(dú)地稱為“反應(yīng)劑”，或者共同被稱為“反應(yīng)劑”。PEM燃料電池包括具有薄的、可傳送質(zhì)子的、非導(dǎo)電的、固態(tài)聚合物電解質(zhì)膜的膜電極組件(MEA)， 其中陽極催化劑在一個(gè)表面上且陰極催化劑在相反的表面上。如果擴(kuò)散介質(zhì)(DM)和/或者阻擋層被結(jié)合到MEA，并且可任選地與襯墊一起密封作為一個(gè)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(gè)燃料電池，MEA或者UEA被設(shè)置在單級(jí)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(cè)和陰極側(cè)。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中已知的燃料電池板110的陽極側(cè)100。燃料電池板110由一對(duì)單極板通過例如焊接工藝或者粘接工藝聯(lián)接在一起而形成。流動(dòng)通道112設(shè)置在燃料電池板110的陽極側(cè) 100上，以方便使氫氣流動(dòng)到每個(gè)MEA或者UEA的陽極側(cè)100。流動(dòng)通道設(shè)置在燃料電池板 110的陰極側(cè)中，以方便使氧氣流動(dòng)到MEA或者UEA的陰極側(cè)。燃料電池板110由例如經(jīng)過涂覆或者處理的不銹鋼之類的導(dǎo)電材料制造，使得燃料電池板110可以傳導(dǎo)由燃料電池所產(chǎn)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(dòng)通道(未示出)， 以方便冷卻流體流經(jīng)其中，從而在使用期間控制燃料電池板110的溫度。流經(jīng)冷卻劑流動(dòng)通道的冷卻流體可以在低于冷凍條件的啟動(dòng)過程期間暖熱燃料電池板110。冷卻劑流動(dòng)通道典型地平行于形成在電池的活性區(qū)域內(nèi)的燃料電池板110的陽極側(cè)100和陰極側(cè)上的流動(dòng)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(dòng)。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(dòng)。燃料電池板110也包括冷卻劑入口 IM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(jí)板之間的流動(dòng)。如圖1的燃料電池板110那樣，多個(gè)單獨(dú)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(gè)燃料電池板110的入口孔116、118、1M協(xié)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(gè)燃料電池板110的出口孔114、120、122協(xié)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 1 之間的焊接接縫128各自在入口孔118和冷卻劑流動(dòng)通道之間以及在出口孔120和冷卻劑流動(dòng)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(chǎn)生密封的冷卻劑區(qū)段，從而減少反應(yīng)劑和/或者冷卻劑流失到環(huán)境中的損耗。在使用中，使冷卻劑流經(jīng)冷卻劑集管，并且進(jìn)入到燃料電池堆的每個(gè)燃料電池板 110的冷卻劑入口 IM中。使該冷卻劑流經(jīng)形成在單極板之間的冷卻劑流動(dòng)通道。冷卻劑的壓力足以讓冷卻劑流入平行于流動(dòng)通道112的每個(gè)冷卻劑流動(dòng)通道中。用箭頭130總體上顯示了冷卻劑的流動(dòng)。所述堆的燃料電池板110通常電串聯(lián)布置。所述堆之內(nèi)的每個(gè)電池都可以包括 UEA，每個(gè)UEA提供了電壓增量。所述堆之內(nèi)的一組相鄰電池被稱為簇。堆之內(nèi)的多個(gè)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(jìn)行了說明，此處通過引用將其全部內(nèi)容并入。在燃料電池堆已經(jīng)進(jìn)行操作并且接著在冷凍環(huán)境條件下斷電之后，燃料電池板 110的流動(dòng)通道112內(nèi)的冷凝物可能結(jié)冰。所述冰可能在流動(dòng)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(dòng)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(dòng)通道112之間提供流體連通。當(dāng)燃料電池堆在冷凍條件下加電時(shí)，在反應(yīng)劑可以流動(dòng)通過燃料電池板110之前，形成在流動(dòng)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(jīng)融化，則燃料電池堆可以正確且有效地工作。流經(jīng)所述堆的每塊板110的入口孔IM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(yīng)劑流經(jīng)其中，由此方便燃料電池堆的啟動(dòng)。利用冷卻劑的流動(dòng)來融化端口 132、134和通道133、135中的冰所需的時(shí)間量將延遲燃料電池堆的啟動(dòng)和有效操作。為了加速該時(shí)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(fù)雜性。因此，期望開發(fā)一種具有形成在其中的冷卻劑流動(dòng)通道的燃料電池板，所述冷卻劑流動(dòng)通道的至少一部分設(shè)置成相鄰于反應(yīng)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(jié)合有所述燃料電池板的燃料電池堆的啟動(dòng)時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明相協(xié)調(diào)和一致地，已經(jīng)令人驚喜地發(fā)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(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)通道的至少一部分設(shè)置成相鄰于反應(yīng)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(jié)合有所述燃料電池板的燃料電池堆的啟動(dòng)時(shí)間。在一個(gè)實(shí)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(dòng)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(dòng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及，冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)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(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)劑出口相鄰，其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑出口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑出口隔開的距離大于所述
第一距離。在另一實(shí)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(dòng)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(dòng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及，冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)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(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)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(yīng)劑出口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑出口隔開的距離大于所述第一距離。在又一實(shí)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及，冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分設(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)劑入口相鄰， 其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑入口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑入口隔開的距離大于所述第一距離。本發(fā)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(dòng)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(dòng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及
冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分設(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)劑出口相鄰， 其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑出口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑出口隔開的距離大于所述第一距離。方案2.根據(jù)方案1所述的燃料電池板，其中，所述冷卻劑流動(dòng)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(jù)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(jù)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(jù)方案1所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括設(shè)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(yīng)劑入口和所述冷卻劑流動(dòng)通道之間提供流體密封。
6CN 102544550 A
方案6.根據(jù)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(jù)方案1所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括多個(gè)端口，所述多個(gè)端口形成在所述第一單極板和所述第二單極板的每個(gè)中并且與所述反應(yīng)劑入口和所述反應(yīng)劑出口的至少一個(gè)相鄰，所述多個(gè)端口在所述反應(yīng)劑入口和所述反應(yīng)劑出口的至少一個(gè)與形成在所述第一單極板和所述第二單極板上的流動(dòng)通道之間提供流體連通。方案8.根據(jù)方案7所述的燃料電池板，其中，所述冷卻劑流動(dòng)通道的第二部分的至少一部分設(shè)置在一對(duì)所述端口之間。方案9.根據(jù)方案1所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括第二冷卻劑流動(dòng)通道，所述第二冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分設(shè)置在所述第二冷卻劑流動(dòng)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(yīng)劑入口相鄰，其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑入口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑入口隔開的距離大于所述第一距離。方案10.根據(jù)方案9所述的燃料電池板，其中，所述第二冷卻劑流動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及
冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)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(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)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(yīng)劑出口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑出口隔開的距離大于所述第一距離。方案12.根據(jù)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(jù)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(jù)方案11所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括設(shè)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(yīng)劑入口和所述冷卻劑流動(dòng)通道之間提供流體密封。方案15.根據(jù)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(jù)方案11所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括多個(gè)端口，所述多個(gè)端口形成在所述第一單極板和所述第二單極板的每個(gè)中，并且與所述反應(yīng)劑入口和所述反應(yīng)劑出口的至少一個(gè)相鄰，所述多個(gè)端口在所述反應(yīng)劑入口和所述反應(yīng)劑出口的至少一個(gè)與形成在所述第一單極板和所述第二單極板上的流動(dòng)通道之間提供流體連通。
方案17.根據(jù)方案16所述的燃料電池板，其中，所述冷卻劑流動(dòng)通道的曲線狀的第二部分的至少一部分設(shè)置在一對(duì)所述端口之間。方案18.根據(jù)方案11所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括第二冷卻劑流動(dòng)通道，所述第二冷卻劑流動(dòng)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(dòng)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(shè)置在所述第二冷卻劑流動(dòng)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(yīng)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(yīng)劑入口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及
冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分設(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)劑入口相鄰， 其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑入口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑入口隔開的距離大于所述第一距離。方案20.根據(jù)方案19所述的燃料電池板，其中，所述冷卻劑流動(dòng)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。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行考慮，由以下對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述以及其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將變得顯而易見，附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中已知的燃料電池板的部分俯視平面圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(jù)本發(fā)明實(shí)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(dòng)通道。
具體實(shí)施例方式隨后的詳細(xì)說明和附圖描述和圖示了本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。所述說明和附圖都用于使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明，而不是旨在以任何方式限制本發(fā)明的范圍。圖2描述了具有一對(duì)膜電極組件12的燃料電池堆10，所述一對(duì)膜電極組件12由導(dǎo)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(gè)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(duì)夾持板16、18和一對(duì)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(gè)工作面、以及單極端板22包括相應(yīng)的活性區(qū)域?qū)Α?6、 28,30.活性區(qū)域?qū)Α?6、觀、30典型地是用于分配氣體反應(yīng)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(yīng)劑”，或者可以被共同稱為“反應(yīng)劑”。單極板14典型地通過傳統(tǒng)的用于成形片材金屬的工藝來形成，所述工藝?yán)鐩_壓、機(jī)加工、模制、或者通過光刻掩模的光蝕刻。在一個(gè)實(shí)施例中，雙極板14由隨后通過任何傳統(tǒng)工藝(例如焊接或者粘接)來接合的單極板形成。還應(yīng)當(dāng)理解的是，雙極板14也可以由復(fù)合材料形成。在一個(gè)特定實(shí)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(gè)非導(dǎo)電襯墊32防止燃料電池的泄漏，并且在燃料電池堆10的數(shù)個(gè)部件之間提供電絕緣。透氣的擴(kuò)散介質(zhì)34與膜電極組件12相鄰設(shè)置。端板20、22也分別設(shè)置成相鄰于擴(kuò)散介質(zhì)34，同時(shí)雙極板14的活性區(qū)域沈、觀設(shè)置成相鄰于擴(kuò)散介質(zhì)；34。雙極板14、單極端板20、22以及膜電極組件12每個(gè)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(gòu)造是逆流構(gòu)造的一種。要理解的是，入口 36、46可以設(shè)置在燃料電池板14的一端，出口 38、44可以設(shè)置在燃料電池板14的另一端上，用于平行流動(dòng)構(gòu)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(duì)齊來形成。氫氣通過陽極入口導(dǎo)管52供給到陽極供給集管?？諝馔ㄟ^陰極入口導(dǎo)管M供給到燃料電池堆10的陰極供給集管。陽極出口導(dǎo)管56和陰極出口導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(gòu)造是為了說明的目的，其他構(gòu)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(xì)節(jié)。雙極板14由一對(duì)單極板13、15 形成。雙極板14包括形成在其上的多個(gè)流動(dòng)通道64。在活性區(qū)域沈中，流動(dòng)通道64是波狀的。在活性區(qū)域沈之外，流動(dòng)通道64大體是線狀的，且提供反應(yīng)劑從陽極入口 44至活性區(qū)域26、以及從活性區(qū)域沈到陽極出口 46的流動(dòng)。必須理解，活性區(qū)域沈的流動(dòng)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(gòu)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(tǒng)方式來結(jié)合在一起。通過將單極板13、15接合在一起，冷卻劑流動(dòng)通道65形成在單極板13、15的中間。在活性區(qū)域沈中，冷卻劑流動(dòng)通道大體平行于流動(dòng)通道64。在活性區(qū)域沈之外，一部分冷卻劑流動(dòng)通道78適于提供從冷卻劑入口 40到活性區(qū)域沈的冷卻劑流動(dòng)通道、以及從活性區(qū)域沈的冷卻劑流動(dòng)通道到冷卻劑出口 42的冷卻劑流動(dòng)?；钚詤^(qū)域沈之外的冷卻劑流動(dòng)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(dòng)到活性區(qū)域沈中的冷卻劑流動(dòng)通道65。形成在陽極入口 44和流動(dòng)通道64之間以及形成在陽極出口 46和所述流動(dòng)通道之間的焊接接縫68在陽極入口 44和冷卻劑流動(dòng)通道之間以及在陽極出口沈和冷卻劑流動(dòng)通道之間形成了流體密封。焊接接縫68進(jìn)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(jù)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(xì)描述地，焊接接縫68具有的形狀大體上類似于冷卻劑流動(dòng)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(chǎn)生密封的冷卻劑區(qū)段，并且防止反應(yīng)劑和/或者冷卻劑散逸到環(huán)境中的損
^^ ο冷卻劑流動(dòng)通道70形成在活性區(qū)域沈之外。如圖4、圖5中最佳所示，冷卻劑流動(dòng)通道70是設(shè)置成最靠近陽極出口 46的冷卻劑流動(dòng)通道65。冷卻劑流動(dòng)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(shè)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(dòng)通道70的第二部分74的至少一部分設(shè)置在形成于雙極板14中的入口端口 80 之間。冷卻劑流動(dòng)通道70的部分72、74、76形成在單極板13中。冷卻劑流動(dòng)通道70通過單極板13和單極板15的協(xié)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(gè)或多個(gè)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(jīng)獲得了有利的結(jié)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(dòng)通道64、經(jīng)過形成在單極板13、15中間的通道81、流動(dòng)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(dòng)通道70可以包括設(shè)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(dòng)通道70相同的第二冷卻劑流動(dòng)通道82形成在雙極板14中并且位于活性區(qū)域沈之外。第二冷卻劑流動(dòng)通道82是離陽極入口 44最近的冷卻劑流動(dòng)通道。必須理解，雙極板14可以只包括冷卻劑流動(dòng)通道70和第二冷卻劑流動(dòng)通道82中的一個(gè)，并且冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通過燃料電池堆10的冷卻劑入口導(dǎo)管60。 使冷卻劑從冷卻劑入口導(dǎo)管60流動(dòng)到雙極板14的冷卻劑入口 42中。冷卻劑的流動(dòng)總體上用箭頭63來顯示。使冷卻劑流經(jīng)冷卻劑流動(dòng)通道78的一部分，并流至雙極板14的活性區(qū)域沈中的冷卻劑流動(dòng)通道。還使冷卻劑從冷卻劑入口 42流動(dòng)，并且進(jìn)入冷卻劑流動(dòng)通道70。然后，使冷卻劑流經(jīng)冷卻劑流動(dòng)通道70的第二部分74和第三部分76，并且接著流到活性區(qū)域沈的冷卻劑流動(dòng)通道。在低于冷凍條件中的燃料電池堆10的啟動(dòng)操作期間， 使冷卻劑流經(jīng)冷卻劑流動(dòng)通道70的第二部分74，從而將熱能傳輸?shù)綇耐ǖ?1和端口 80流經(jīng)陽極出口 46的反應(yīng)劑，由此增加了反應(yīng)劑的溫度，其中，通道81和端口 80都與冷卻劑流動(dòng)通道70的第二部分相鄰。通過增加陽極出口 46中的反應(yīng)劑的溫度，導(dǎo)致形成在流動(dòng)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(yīng)劑的流量被最大化，由此最小化燃料電池堆10的啟動(dòng)時(shí)間和最大化燃料電池堆10的操作效率。 與冷卻劑流動(dòng)通道70相似，在低于冷凍條件的燃料電池堆10的啟動(dòng)操作期間使冷卻劑流經(jīng)第二冷卻劑流動(dòng)通道82，從而將熱能傳輸?shù)搅鹘?jīng)陽極入口 44的反應(yīng)劑，由此增加了反應(yīng)劑的溫度。通過增加陽極入口 44中的反應(yīng)劑的溫度，導(dǎo)致形成在流動(dòng)通道64中、或者端口 86中或者通道84中的冰融化，并且反應(yīng)劑流經(jīng)端口 86的流量被最大化，由此最小化燃料電池堆10的啟動(dòng)時(shí)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?shù)皆O(shè)置成相鄰于第二冷卻劑流動(dòng)通道82的第二部分的一對(duì)端口 86，以導(dǎo)致所述一對(duì)端口 86中的任何冰都融化，由此最大化反應(yīng)劑通過所述一對(duì)端口 86的流量，從而最小化燃料電池堆10的啟動(dòng)時(shí)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(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠很容易地確定本發(fā)明的實(shí)質(zhì)特點(diǎn)，而不會(huì)偏離其精神和范圍，并且可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改變和修改，以使其適應(yīng)各種用途和情形。
權(quán)利要求
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(dòng)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(dòng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分設(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)劑出口相鄰， 其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑出口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑出口隔開的距離大于所述第一距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池板，其中，所述冷卻劑流動(dòng)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括設(shè)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(yīng)劑入口和所述冷卻劑流動(dòng)通道之間提供流體密封。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池板，進(jìn)一步包括多個(gè)端口，所述多個(gè)端口形成在所述第一單極板和所述第二單極板的每個(gè)中并且與所述反應(yīng)劑入口和所述反應(yīng)劑出口的至少一個(gè)相鄰，所述多個(gè)端口在所述反應(yīng)劑入口和所述反應(yīng)劑出口的至少一個(gè)與形成在所述第一單極板和所述第二單極板上的流動(dòng)通道之間提供流體連通。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃料電池板，其中，所述冷卻劑流動(dòng)通道的第二部分的至少一部分設(shè)置在一對(duì)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(dòng)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(dòng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)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(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)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(yīng)劑出口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)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(xié)作，以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有第一部分、第二部分和第三部分，所述第二部分設(shè)置在所述第一部分與所述第三部分之間并且與所述反應(yīng)劑入口相鄰， 其中所述第二部分以第一距離與所述反應(yīng)劑入口隔開，并且所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑入口隔開的距離大于所述第一距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的冷凍啟動(dòng)的分隔板設(shè)計(jì)。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(xié)作以形成具有冷卻劑入口、冷卻劑出口、反應(yīng)劑入口和反應(yīng)劑出口的雙極板；以及冷卻劑流動(dòng)通道，所述冷卻劑流動(dòng)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(dòng)通道具有設(shè)置在第一部分與第三部分之間并且與反應(yīng)劑出口相鄰的第二部分，其中所述第二部分與所述反應(yīng)劑入口隔開第一距離，所述第一部分和所述第三部分每個(gè)與所述反應(yīng)劑入口隔開的距離大于所述第一距離。
文檔編號(hào)H01M8/04GK102544550SQ20111040296
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者S.J.斯潘塞 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司