安裝在燃料電池堆組件中的風(fēng)扇的制作方法
【專利摘要】一種燃料電池堆組件(30)，包括：燃料電池堆(31)；氣流通風(fēng)室(33)，其配置在堆(31)的表面(4)上用于輸送空氣到燃料電池堆(31)中的流動(dòng)通道或者接收來自流動(dòng)通道的空氣，通風(fēng)室壁的至少一部分由印刷電路板限定，印刷電路板有至少一個(gè)位于其中的孔(37)；和風(fēng)扇(36)，其安裝到鄰近孔(37)的板并且被配置成強(qiáng)制空氣通過孔進(jìn)入或者排出通風(fēng)室。所述組件提供了對(duì)于燃料電池組件的操作起必要作用或支持性作用的電路板集成，同時(shí)氣流通風(fēng)室用于堆中的燃料電池的強(qiáng)制通風(fēng)。
【專利說明】安裝在燃料電池堆組件中的風(fēng)扇

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明特別地但不排他地涉及開放陰極式燃料電池，其中通過設(shè)置在燃料電池堆 的側(cè)表面上的一個(gè)或者更多風(fēng)扇將空氣引入燃料電池堆中流體流動(dòng)板的陰極通道中。

【背景技術(shù)】
[0002] 圖1中示出了開放陰極式燃料電池堆的典型布置的示意圖。燃料電池堆1包括多 個(gè)單獨(dú)的電池2,這些電池2在圖中從左至右分層布置以形成堆。如圖2中的分解示意形式 的橫截面圖所示，每個(gè)電池10包括夾在多孔電極12、13之間并且被設(shè)置在陽極流板14和 陰極流板15之間的薄膜11。薄膜11和多孔電極12、13可以一起形成薄膜電極組件（MEA)。
[0003] 如本領(lǐng)域公知的那樣，陽極流板14在其表面中有至少一個(gè)通道16 (所述通道16 在其形式上可以是蜿蜒的并且因此在橫截面中多次二等分），用于經(jīng)由多孔陽極12將燃料 輸送到薄膜11的陽極側(cè)。陰極流板15通常具有延伸跨越其表面的許多平行的通道18,用 于將氧化劑輸送到薄膜11的陰極側(cè)并且用于將未使用的氧化劑與反應(yīng)副產(chǎn)品水和/或蒸 汽一起排出。同樣如本技術(shù)公知的那樣，在許多設(shè)計(jì)中，陽極流板14和陰極流板15結(jié)合為 雙極流板，所述雙極流板帶有位于板的一個(gè)面上的陽極通道16和在板的相反的面上的陰 極通道18。因此，在形成串聯(lián)電池2的堆1時(shí)，一個(gè)電池的陽極流板14鄰近相鄰電池的陰 極流板15或者與鄰近電池的陰極流板15背靠背地形成一體。如在圖1的前端面中所看到 的，陰極流板通道18可以是在每個(gè)電池邊緣處的開口端，并且因此在燃料電池堆1的側(cè)面 4中呈現(xiàn)出通道18的陣列3。通道的相應(yīng)的陣列可以呈現(xiàn)在堆的相反的（背）面5上（在 圖1中不可見），從而提供穿過堆1的直接氣流通路。
[0004] 為維持足夠的氧化劑流通過堆中的板15的陰極流動(dòng)通道18的陣列3,可以在堆 的一個(gè)面附近（即堆1的側(cè)面4附近）提供強(qiáng)迫空氣通風(fēng)系統(tǒng)。側(cè)面4呈現(xiàn)形成陰極通道 18的開口端的陣列3的流板15的邊緣。那些開口端可以是通道18的入口端或者出口端。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供燃料電池堆組件的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，用于輸運(yùn)氣流穿過燃料電 池堆。
[0006] 根據(jù)一方面，本發(fā)明提供了一種燃料電池堆組件，包括：燃料電池堆；氣流通風(fēng) 室，該氣流通風(fēng)室設(shè)置在所述燃料電池堆的表面上，用于輸送空氣到燃料電池堆中的流動(dòng) 通道或者接收來自所述流動(dòng)通道的空氣，通風(fēng)室壁的至少一部分由印刷電路板限定，所述 印刷電路板具有至少一個(gè)位于該印刷電路板中的孔；和風(fēng)扇，該風(fēng)扇被安裝到所述孔附近 的所述印刷電路板，并且被配置成用于強(qiáng)制空氣穿過所述孔進(jìn)入通風(fēng)室或從通風(fēng)室中排 出。
[0007] 形成通風(fēng)室的內(nèi)壁的印刷電路板的表面涂有灌注混合物或者其他的流體密封涂 層。所述組件可包括連接到所述燃料電池堆以形成通風(fēng)室的側(cè)壁的框架，所述印刷電路板 被附接到所述框架并且與所述框架一起形成流體密封。所述印刷電路板可包括安裝在其上 的至少一個(gè)溫度感測裝置。所述印刷電路板可包括結(jié)合到該印刷電路板中的至少一個(gè)風(fēng)扇 控制電路。所述燃料電池堆的上面安裝有氣流通風(fēng)室的表面可以是在該表面中具有打開的 通道端部的表面。所述印刷電路板可具有位于該印刷電路板中的多個(gè)孔，并且相應(yīng)的多個(gè) 風(fēng)扇中的每個(gè)風(fēng)扇都被安裝成鄰近對(duì)應(yīng)的孔并且被配置成用于強(qiáng)制空氣穿過該對(duì)應(yīng)的孔， 所述風(fēng)扇和孔跨越所述印刷電路板分散地布置以在通風(fēng)室內(nèi)提供通常均勻的壓力分布。所 述印刷電路板可包括結(jié)合到該印刷電路板中的至少一個(gè)功率控制電路和設(shè)置在所述印刷 電路板的形成通風(fēng)室的內(nèi)壁的表面上的散熱器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 現(xiàn)在將通過舉例的方式并參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中：
[0009] 圖1是燃料電池堆的示意性的透視圖；
[0010] 圖2是燃料電池堆中的燃料電池的示意性的分解橫截面視圖；
[0011] 圖3是燃料電池堆組件的示意性的側(cè)視橫截面視圖，示出了燃料電池堆、通風(fēng) (plenum)和風(fēng)扇裝置；
[0012] 圖4是燃料電池堆組件的頂視和前視透視圖，示出了燃料電池堆、通風(fēng)和風(fēng)扇裝 置；
[0013] 圖5是電路板的平面視圖，該電路板被配置成用于為圖4的燃料電池堆組件安裝 的風(fēng)扇和兀件；
[0014] 圖6是燃料電池堆組件的可選擇的布局的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 在本說明書全文中，涉及相對(duì)定向和位置的描述詞語，諸如"頂部"、"底部"、"水平 的"、"垂直的"、"左"、"右"、"上"、"下"、"前"、"后"、"偵_ "以及它們的任何形容詞和副詞性 衍生詞，僅用于在附圖中呈現(xiàn)的燃料電池組件的定向的基礎(chǔ)上加以明確。然而，這種描述詞 語并不意圖以任何方式限制燃料電池組件的預(yù)期使用，因?yàn)槿剂想姵亟M件能夠以任何定向 加以使用。
[0016] 進(jìn)一步參照?qǐng)D1，為保證足夠的氣流用于氧化，通過陰極流動(dòng)通道進(jìn)行強(qiáng)制的水 輸送和堆冷卻，如以下將要描述的那樣，理想的是在堆表面4附近提供通風(fēng)殼體（plenum housing)，其中所述堆表面4有陰極通道入口或者出口。通風(fēng)殼體提供了延伸跨越堆的一 個(gè)表面的通風(fēng)室并且風(fēng)扇可以安裝到通風(fēng)殼體上，位于面對(duì)著陰極通道入口或者出口的殼 體中的孔的上方。在一種布置中，風(fēng)扇被設(shè)置在燃料電池堆的下游側(cè)并且因此風(fēng)扇維持通 風(fēng)室中的比大氣壓力稍低的壓力，即抽吸空氣穿過電池堆。燃料電池堆的上游側(cè)（即與陰 極通道的打開的入口端相對(duì)應(yīng)的堆表面）可以用過濾器覆蓋，當(dāng)然也可以暴露于周圍的空 氣。在一種可選擇的配置中，通風(fēng)殼體可以設(shè)置在燃料電池堆的上游側(cè)，并且因此風(fēng)扇維持 通風(fēng)室中比大氣壓力稍高的壓力，即推動(dòng)空氣通過所述堆。
[0017] 燃料電池堆需要大量控制電路，以用于諸如電池電壓監(jiān)測、氣流控制、燃料流控 制、溫度監(jiān)測等功能。這些控制電路可以方便地設(shè)置在燃料電池堆周圍，例如安裝在堆的框 架的面上，該面不是與敞開的陰極通道相對(duì)應(yīng)的堆的表面。這種配置顯示在圖6中，其中四 個(gè)氣流風(fēng)扇60設(shè)置在這種通風(fēng)室61上，所述通風(fēng)室61附接到堆62的側(cè)面。通風(fēng)室可以 由塑料殼體形成。許多電路板63、64被附接到燃料電池堆的不同的表面，并且布線將那些 電路板連接到諸如風(fēng)扇60的其他構(gòu)件。這種的布置潛在的缺點(diǎn)在于，風(fēng)扇60周圍的許多 空間被浪費(fèi)并且布線必須繞過所述堆。
[0018] 參照?qǐng)D3,其示出了根據(jù)優(yōu)選方面的燃料電池堆組件30的橫截面?zhèn)纫暿疽鈭D。燃 料電池堆31有頂端側(cè)面4,橫截面是通過所述頂端側(cè)面4畫出的，并且該側(cè)面4包括陰極流 動(dòng)通道的排氣面，如排氣箭頭32所指示，空氣從所述排氣面被吸入通風(fēng)室33中。如進(jìn)氣箭 頭34所指示，空氣在底面5處被吸入堆31中。過濾器單元35可以設(shè)置在該底面5上。
[0019] 在通風(fēng)室33的頂端表面上安裝多個(gè)風(fēng)扇36。這些風(fēng)扇中的每一個(gè)都通過位于通 風(fēng)室殼體的頂端表面38中的相應(yīng)的孔37與通風(fēng)室33的容積相連通。每個(gè)風(fēng)扇36可以優(yōu) 選是徑流式風(fēng)扇，其中空氣從如圖所示的下側(cè)吸入風(fēng)扇中心，并且通過徑向出口徑向地向 外排出。然而，任何適當(dāng)形式的風(fēng)扇都是可以采用的。
[0020] 通風(fēng)室殼體具有作為其上表面38的印刷電路板，在所述印刷電路板中已經(jīng)形成 孔37。這在圖5中可以最大程度地看到，其中所述圖5是沒有附接風(fēng)扇36的印刷電路板 40的俯視透視圖。印刷電路板40 (PCB)包括多個(gè)電氣構(gòu)件41和電路布線，用于燃料電池組 件的控制和功能性支持?？?7形成于PCB40中，通過安裝在PCB40上的風(fēng)扇的操作，空氣 可以流過所述PCB40。四個(gè)風(fēng)扇的安裝位置被顯示在圖5上的白色輪廓42中。圖4示出 了 PCB40的同樣的透視圖，該圖中附接有風(fēng)扇36,并且PCB被安裝到燃料電池堆31。優(yōu)選 地，風(fēng)扇36中的每一個(gè)都通過能夠圍繞孔37提供流體密封的適當(dāng)?shù)膲|圈直接安裝到PCB40 上。單獨(dú)的護(hù)罩39 (圖3)可以用于形成通風(fēng)室殼體的側(cè)壁。該護(hù)罩39可以是任何適當(dāng)?shù)?框架或支承結(jié)構(gòu)的形式，以用于保持風(fēng)扇36與燃料電池堆31的入口 /出口面4的分離。
[0021] 因此，可以看到這種布置舉例說明了設(shè)置在燃料電池堆31的表面4上的氣流通風(fēng) 室33,該氣流通風(fēng)室33用于輸送空氣到燃料電池堆的流動(dòng)通道或者接收來自所述流動(dòng)通 道的空氣，其中，通風(fēng)室壁的至少一部分由印刷電路板40限定，并且印刷電路板40具有位 于那里的至少一個(gè)孔37。
[0022] 印刷電路板40的下側(cè)，即38形成通風(fēng)室33的上部內(nèi)壁38的部分，優(yōu)選地涂敷有 合適的灌注混合物或者其他流體密封或者流體不能滲透的涂層。這可以特別適于確保氣流 (所述氣流可能是來自燃料電池堆的潮濕氣流）不妨礙形成在PCB40上的電氣構(gòu)件41的 正常功能。形成通風(fēng)室殼體側(cè)壁的護(hù)罩39或者框架優(yōu)選地通過使用適當(dāng)?shù)膲|圈43密封到 PCB40和燃料電池堆31，以保證大部分氣流穿過孔37。
[0023] 理想地，密封件完全地或者近似完全地流體密封。
[0024] 以這種方式集成通風(fēng)室33殼體和PCB40提供許多重要的益處。圖6中所示的、風(fēng) 扇周圍的位利用的空間現(xiàn)在可以用于電子器件，因此在燃料電池堆62的其他面上空出之 前由電路板63和64占據(jù)的空間。因此減小了燃料電池組件的整體尺寸并消除了額外的布 線，并且因此增加了堆組件的每單位體積的功率。器件的連接被簡化，從而降低了組件成 本。對(duì)監(jiān)測氣流、電池溫度和控制風(fēng)扇速度而言必要的元件現(xiàn)在可以直接地連接到通風(fēng)殼 體上。例如，溫度傳感器和/或者氣流傳感器可以直接安裝到形成通風(fēng)室33的內(nèi)壁的PCB40 的下表面上，并且能夠直接穿過電路板連接這些裝置。用于PCB上的器件的散熱器也可以 安裝在PCB上的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)表面上，在那里，散熱器將從通過燃料電池的強(qiáng)制氣流獲益， 以用于冷卻。例如，用于燃料電池堆和/或風(fēng)扇的功率控制電路可以設(shè)置在PCB上，并且用 于該功率控制電路的散熱器被方便地設(shè)置在PCB的形成通風(fēng)室的內(nèi)壁的下側(cè)面上。位于通 風(fēng)室的內(nèi)側(cè)表面上的PCB上的諸如溫度傳感器和散熱器之類的器件可以使用任何適當(dāng)?shù)?灌封或者密封劑在四周密封，同時(shí)在必須使用傳統(tǒng)的PCB制造技術(shù)的地方將器件的功能表 面暴露出來。
[0025] 根據(jù)需要可以將更多或更少的風(fēng)扇36可以安裝到PCB40上，例如用以維持通風(fēng)室 中的均勻的壓力分布。這對(duì)于一些燃料電池堆而言是重要的，以保證每個(gè)電池被最佳地冷 卻和耗盡，而不會(huì)形成降低電池堆性能的局部熱點(diǎn)或冷點(diǎn)。通風(fēng)室殼體可以包含一個(gè)或者 更多個(gè)PCB40并且可以與側(cè)壁或者護(hù)罩39集成為一體。PCB40可由能夠?yàn)殡娮悠骷?、電?跡線/軌道、電連接器等提供結(jié)構(gòu)支撐的任意適當(dāng)?shù)哪陀貌牧闲纬伞?br> [0026] 在使用徑流式風(fēng)扇的情況下，每個(gè)風(fēng)扇可以繞其風(fēng)扇軸線（即如圖3所示的堅(jiān)直 軸線）定向成任何適當(dāng)?shù)慕嵌?，例如使得所有出口點(diǎn)位于同樣的方向上或者稍微會(huì)聚（如 圖4所示）以使廢氣收集更容易。
[0027] 其他實(shí)施例也意圖包括在隨附的權(quán)利要求的范圍中。
【權(quán)利要求】
1. 一種燃料電池堆組件，包括： 燃料電池堆； 氣流通風(fēng)室，該氣流通風(fēng)室設(shè)置在所述燃料電池堆的表面上，用于輸送空氣到燃料電 池堆中的流動(dòng)通道或者接收來自所述流動(dòng)通道的空氣，通風(fēng)室的壁的至少一部分由印刷電 路板限定，所述印刷電路板具有至少一個(gè)位于該印刷電路板中的孔；和 風(fēng)扇，該風(fēng)扇被安裝到所述孔附近的所述印刷電路板，并且被配置成用于強(qiáng)制空氣穿 過所述孔進(jìn)入通風(fēng)室或從通風(fēng)室中排出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中形成通風(fēng)室的內(nèi)壁的印刷電路板的表面涂 有灌注混合物或者其它的流體密封涂層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，進(jìn)一步包括連接到所述燃料電池堆以形成通風(fēng) 室的側(cè)壁的框架，所述印刷電路板被附接到所述框架并且與所述框架之間形成流體密封。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中所述印刷電路板包括安裝在其上的至少一 個(gè)溫度感測裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中所述印刷電路板包括結(jié)合到該印刷電路板 中的至少一個(gè)風(fēng)扇控制電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中所述燃料電池堆的上面安裝有氣流通風(fēng)室 的表面是在該表面中具有打開的通道端部的表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池堆，其中所述印刷電路板具有位于該印刷電路板中 的多個(gè)孔，并且相應(yīng)的多個(gè)風(fēng)扇中的每個(gè)風(fēng)扇都被安裝成鄰近對(duì)應(yīng)的孔并且被配置成用于 強(qiáng)制空氣穿過該對(duì)應(yīng)的孔，所述風(fēng)扇和孔在所述印刷電路板上分散地布置以在通風(fēng)室內(nèi)提 供大致均勻的壓力分布。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃料電池堆，其中所述印刷電路板包括結(jié)合到該印刷電路板 中的至少一個(gè)功率控制電路和設(shè)置在所述印刷電路板的形成通風(fēng)室的內(nèi)壁的表面上的散 熱器。
9. 一種基本上參照附圖在本文中描述的裝置。
【文檔編號(hào)】H01M8/04GK104115323SQ201280056760
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月17日
【發(fā)明者】內(nèi)森·格蘭杰, 雷蒙德·賓奇 申請(qǐng)人:智慧能量有限公司