CN101540408A - 具有集成的反应剂调节换热器的燃料电池组件 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池组件，在该燃料电池组件中，用于调节阳极或阴极反应剂气体的至少一个换热器与燃料电池堆垛集成在一起，并位于燃料电池堆垛的端部，以便隔离燃料电池堆垛与该燃料电池堆垛的端板的接触。优选是，换热器可以包括板的堆垛，该板优选是可以与作为燃料电池堆垛的板相同，且外部和内部端板引导反应剂气体、废气和冷却剂进入和离开燃料电池堆垛的流动。该燃料电池组件优选地构造成包括在燃料电池堆垛两端处的反应剂调节换热器。

Description

具有集成的反应剂调节换热器的燃料电池组件

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。

内部端板布置在第二堆垛的内端，并布置在第一和第二堆垛之间。内部端板具有：第一反应剂气体开口，该第一反应剂气体开口在第二堆垛的第一反应剂气体出口歧管和第一堆垛的第一反应剂气体进口歧管之间提供流动连通；废气开口，该废气开口在第二堆垛的废气进口歧管和第一堆垛的第一或第二废气出口歧管之间提供流动连通；以及冷却剂开口，该冷却剂开口在第一堆垛的冷却剂进口歧管和第二堆垛的冷却剂出口歧管之间或在第一堆垛的冷却剂出口歧管和第二堆垛的冷却剂进口歧管之间提供流动连通，其中，内部端板密封第二堆垛的废气出口歧管、第一反应剂气体进口歧管和一个冷却剂歧管中的每个的内端。

附图说明

下面将通过实例参考附图介绍本发明，附图中：

图1是在本发明中使用的燃料电池板的俯视透视图；

图2是沿图1中的线H-H的剖视图；

图3是沿图1中的线C-C的剖视图；

图4是沿图1中的线O-O的剖视图；

图5是表示在本发明中使用的板堆垛的一部分的局部剖分解透视图；

图6是在本发明中使用的燃料电池板的示意简化图；

图7是根据本发明第一实施例的燃料电池组件的示意分解图，包括一对反应剂调节换热器；

图8是图7的燃料电池组件的示意透视图，显示处于它的装配状态；

图9是穿过图7的燃料电池组件的剖视图，表示了阳极气体(氢气)流动通路；

图10是穿过图7的燃料电池组件的剖视图，表示了阴极气体(氧气)流动通路；

图11是穿过图7的燃料电池组件的剖视图，显示了冷却剂流动通路；

图12是根据第一实施例的变化形式的燃料电池组件的示意分解图；

图13是根据本发明第二实施例的燃料电池组件的示意分解图；

图14是穿过图13的燃料电池组件的剖视图，表示了阴极气体(氧气)流动通路；

图15是穿过图13的燃料电池组件的剖视图，显示了冷却剂流动通路；

图16是穿过图13的燃料电池组件的剖视图，显示了阳极气体(氢气)流动通路；

图17是根据第二实施例的第一变化形式的燃料电池组件的示意分解图；

图18是根据第二实施例的第二变化形式的燃料电池组件的示意分解图；

图19是在图13的实施例中的第三冷却剂转向板和第二中间板的放大图；

图20是沿图19中的线20-20′的纵剖图；以及

图21是沿图19中的线21-21′的横剖图。

具体实施方式

本发明的燃料电池组件包括燃料电池堆垛和至少一个反应剂调节换热器，该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。第一反应剂气体和第二反应剂气体在燃料电池堆垛中进行反应，以便产生电能。气体的反应还产生作为副产品的废热、水和废气。各反应剂调节换热器在热废气、相对较冷的反应剂气体和液体冷却剂之间传递热量。

流过燃料电池组件的一种气体是阳极气体，这里也称为包含氢的气体，或者在图中简称为H₂。进入燃料电池组件的阳极气体相对富含氢，在这里称为阳极反应剂气体。阳极气体在它流过燃料电池堆垛时部分耗尽氢，这里，阳极气体在它的耗尽状态下称为阳极废气。

流过燃料电池组件的另一气体是阴极气体，这里也称为包含氧的气体，或者在图中简称为O₂。进入燃料电池组件的阴极气体相对富含氧，在这里称为阴极反应剂气体。阴极气体在它流过燃料电池堆垛时部分耗尽氧，这里，阴极气体在它的耗尽状态下称为阴极废气。应当知道，阴极反应剂气体优选是可以包括空气。

液体冷却剂优选是可以包括去离子水，可选择与乙二醇冷却剂或冷却剂流体油组合。应当知道，冷却剂吸收由于阳极反应剂气体和阴极反应剂气体的反应而产生的热量，从而当它流过燃料电池堆垛时变热。

本发明的燃料电池组件包括多个燃料电池板10，下面将参考图1至5介绍燃料电池板10。燃料电池板10包括第一板壁12和相对的第二板壁14，它们沿轴线A间隔开，以限定中空内部16(图2至4)。板10具有三对进口开口和出口开口，这些进口开口和出口开口将在后面介绍由所述板10的堆垛组成的燃料电池堆垛62时进行说明。

各板10包括阳极反应剂气体进口开口18、斜对角相对的阳极废气出口开口20、阴极反应剂气体进口开口22、斜对角相对的阴极废气出口开口24、冷却剂进口开口26和直接相对的冷却剂出口开口28。尽管在这里介绍的板中的反应剂和废气的进口开口和出口开口斜对角相对，但是应当知道这不是必须的。例如，板可以设置成使得进口开口和出口开口直接彼此相对，其它类型的结构也可以。

板10还限定了多个流动通道，各流动通道在一对进口开口和出口开口之间延伸。如图3中所示，冷却剂进口开口26和冷却剂出口开口28通过布置在板10的中空内部16中的冷却剂流动通道30而相互流动连通。类似地，阳极反应剂气体进口开口18通过沿第一板壁12的外表面34布置的阳极气体流动通道32而与阳极废气出口开口20流动连通。如图中所示，阳极气体流动通道32由形成于第一板壁12的外表面34中的多个槽36来限定，图1中只表示了其中的一些。槽36在斜对角相对的进口开口18和出口开口20之间延伸。槽36形成于第一板壁12的中心部分(该中心部分与进口开口和出口开口18和20间隔开)中，并通过一对开口端槽道38、40而与开口18、20流动连通。槽道40在图5中最好地显示。

槽道38(最好地在图1和2中显示)通过布置在进口开口18的轴向侧壁中的狭槽和布置在第一板壁12的外表面34中的狭槽而提供了在阳极反应剂气体进口开口18和槽36之间的流动连通。类似地，槽道40在阳极废气出口开口20和槽36之间延伸。槽道40通过布置在开口20的轴向侧壁中的狭槽和布置在第一板壁12的外表面34中的狭槽而与出口开口20连通。这最好地在图2和5中显示。

阴极气体流动通道42布置在第二板壁14的外表面44上，并最好地在图4和5中显示。阴极气体流动通道42基本与上述阳极气体流动通道32的结构相同。特别是，阴极气体流动通道由多个槽46组成，这些槽46形成于第二板壁14的外表面44中，并越过外表面44的中心部分从阴极反应剂气体进口开口22延伸至斜对角相对的阴极废气出口开口24。槽道48提供了在进口开口22的轴向侧壁和槽46之间的流动连通，而槽道50提供了在出口开口24的轴向侧壁和槽46之间的流动连通。

如图1中所示，第一板壁12的外表面34设有弹性垫圈52，该弹性垫圈52环绕板10的外周延伸，且该弹性垫圈52包括；中间部件54，该中间部件54使得中心板部分与端部部分分离，进口开口和出口开口布置在该端部部分中；以及中间部件56，该中间部件56位于相邻的进口开口和出口开口之间。相同的垫圈58也布置在第二板壁14的外表面44上。应当知道，垫圈52、58并不需要形成板10的一部分，而是，它们可以单独形成，或者可以附连在布置于相邻板10之间的分隔部件60(后面将介绍)上。

在本发明的燃料电池组件中，多个板10布置在燃料电池堆垛中，且它们的进口开口和出口开口对齐，如图5中所示，以便形成多个相应轴向延伸的歧管。垫圈52、58提供了在堆垛中的相邻板之间的密封，且垫圈52、58的中间部件54、56提供了在相邻歧管之间的密封，还提供了在歧管和中心板部分(阳极和阴极气体沿该中心板部分流过通道32、42)之间的密封。

通过分隔部件60来防止在一个板10的阳极气体流动通道32和相邻板10的阴极气体流动通道42之间的直接流动连通，该分隔部件60安装在相邻板10的中心部分之间，并被密封在相邻板10的垫圈58之间。图5表示了位于相邻板10之间的分隔部件60。

下面将参考图5至11进一步介绍本发明的第一实施例。本发明第一优选实施例的燃料电池组件包括多个由板10组成的堆垛。为了简明，图6至11省略了板10的所有细节，除了进口开口和出口开口18、20、22、24、26和28以及相应的歧管。

如图7中所示，燃料电池组件包括燃料电池堆垛62，该燃料电池堆垛包括第一多个板10。在燃料电池堆垛中的板10的进口开口和出口开口与上面参考图1至5所述的相同。为了使燃料电池堆垛62的板10与燃料电池组件的其它板区分开，它们在下面的说明中和在图6至11中以参考标号10a表示，且它们的开口称为18a、22a、22a、24a、26a和28a。

燃料电池堆垛62的板10a堆垛成使它们的进口开口和出口开口对齐，以便形成多个相应轴向延伸的歧管。因此，板10a的阳极反应剂气体进口开口18a对齐，以便形成相应的阳极反应剂气体进口歧管18a′；阳极废气出口开口20a对齐，以便形成相应的阳极废气出口歧管20a′；阴极反应剂气体进口开口22a对齐以便形成相应的阴极反应剂气体进口歧管22a′；阴极废气出口开口24a对齐以便形成相应的阴极废气出口歧管24a′；冷却剂进口开口26a对齐以便形成相应的冷却剂进口歧管26a′；冷却剂出口开口28a对齐以便形成相应的冷却剂出口歧管28a′。

应当知道，阳极反应剂气体进口歧管18a′和阳极废气出口歧管20a′通过堆垛的板10a的多个阳极气体流动通道32而相互流动连通；阴极反应剂气体进口歧管22a′和阴极废气出口歧管24a′通过板10a的多个阴极气体流动通道42而相互流动连通；冷却剂进口歧管和出口歧管26a′、28a′通过板10a的多个冷却剂流动通道30而相互流动连通。

在燃料电池堆垛62中，使阳极和阴极气体流动通道32、42分离的分隔部件60为电解质隔膜的形式。在燃料电池堆垛的工作过程中，流过阳极气体流动通道32的氢的质子通过电解质隔膜被吸至阴极气体流动通道，并与氧反应以便产生水。由该反应释放的电子通过外部电路运行以形成电流。电解质隔膜可以包括隔膜电极组件，该隔膜电极组件包括布置在两个电极之间的离子交换隔膜或固体聚合物电解质，并具有在隔膜/电极界面处的一层催化剂，以便引起合适的电化学反应。

在工作时，阳极反应剂气体和阴极反应剂气体通过相应的歧管18a′、22a′进入燃料电池堆垛62并流过相应的阳极和阴极气体流动通道32、42。当它们流过通道32、42时，阳极气体和阴极气体通过包括分隔部件60的电解质隔膜而相互反应连通。在反应剂气体中的氢和氧进行反应以便产生电流(电子)、水和废热。水为气体形式，并存在于通过反应而产生的阳极和阴极废气中，且该阳极和阴极废气进入相应的阳极废气出口歧管20a′和阴极废气出口歧管24a′中。相关的热废气从相应的歧管20a′、24a′离开燃料电池堆垛62。

第一优选实施例的燃料电池组件还包括第一反应剂调节换热器64，在本发明的第一实施例中，该反应剂调节换热器是阳极反应剂气体调节换热器，用于在含氢阳极反应剂气体进入燃料电池堆垛62的阳极反应剂气体进口歧管18a′之前加热和(可选择地)增湿该含氢阳极反应剂气体。不过应当知道，第一换热器64可以相反地包括阴极反应剂气体调节换热器，用于在阴极反应剂气体进入燃料电池堆垛62的阳极反应剂气体进口歧管22a′之前加热和(可选择地)增湿该阴极反应剂气体。

第一换热器64包括板10的第二堆垛66。为了使第一换热器64的板10与燃料电池组件的其它板区分开，它们在下面的说明中和在附图中由参考标号10b表示。板10b的开口称为18b、20b、22b、24b、26b和28b，且相应歧管称为18b′、20b′、22b′、24b′、26b′和28b′。如下面更充分所述，第一换热器64的板10b的开口和歧管的名称与燃料电池堆垛62的板10a的不同。

第一换热器64还包括一对端板68、70，板10b的第二堆垛66夹在该对端板68、70之间。外部端板68布置在板10的第二堆垛66的外端处，远离燃料电池堆垛62，内部端板70布置在第二堆垛66的内端处，在第二堆垛66和燃料电池堆垛62之间。外部和内部端板68、70与上述板10在标号和进口开口、出口开口的位置上以及在结构上区分开。具体地说，端板68、70优选是扁平、有孔的板，而没有内部或外部流动通道，各板具有三个开口，如后面所述。端板68、70的周边紧随着组成燃料电池堆垛62和第一换热器64的板10a、10b的周边。

优选是，形成第一换热器64的板10b的结构与上述板10和10a相同。不过，由于换热器64中的主要目的是在阳极气体进入燃料电池堆垛62之前调节阳极气体，因此在第一换热器64的开口和歧管的功能与燃料电池堆垛62的稍微不同。因此，在堆垛66中的板10b的各开口、歧管和流动通道的名称与组成燃料电池堆垛62的板10a的稍微不同。换热器64的板10b和堆垛66包括：阳极反应剂气体进口开口20b和相应的歧管20b′，它们通过多个阳极反应剂气体流动通道32b(未示出)而与阳极反应剂气体出口开口18b和相应的歧管18b′流动连通；阴极废气进口开口24b和相应的歧管24b′，它们通过多个阴极废气流动通道42b(未示出)而与阴极废气出口开口22b和相应的歧管22b′流动连通；以及冷却剂进口开口28b和相应的歧管28b′，它们通过多个内部冷却剂流动通道30b(未示出)而与冷却剂出口开口26b和相应的歧管26b′流动连通。

板10的第二堆垛66在结构上与燃料电池堆垛62相同，除了分隔部件60不是电解质隔膜的形式。而是，分隔部件60优选是包括热传递隔板，它能够从流过通道42b的相对较热的阴极废气向流过通道32b的相对较冷的阳极反应剂气体传热。热传递隔板可选择为水可透过，以便使得水能够从相对湿润的阴极废气传递给相对干燥的阳极反应剂气体，从而使得阳极反应剂气体增湿。

如上所述，第一换热器64的端板68、70包括具有进口开口和出口开口的简单带孔板，该进口开口和出口开口与第二堆垛66的选定的进口歧管和出口歧管对齐。特别是，外部端板68使得阳极反应剂气体能够进入换热器64，因此具有阳极反应剂气体开口72，该阳极反应剂气体开口72与第一换热器64的阳极反应剂气体进口歧管20b′对齐且流动连通。为了能够从燃料电池组件中除去阴极废气，外部端板68设有阴极废气开口74，该阴极废气开口74与第一换热器64的阴极废气出口歧管22b′对齐且流动连通。最后，为了使冷却剂能够离开燃料电池组件，外部端板68设有冷却剂开口76，该冷却剂开口76与第一换热器64的冷却剂出口歧管26b′对齐且流动连通。应当知道，外部端板68密封换热器64的另外三个歧管的外端，即阴极废气进口歧管24b′、冷却剂进口歧管28b′和阴极反应剂气体出口歧管18b′。应当知道，外部端板68可以设有接头或者用于与接头连接的装置，它们能够与用于将气体和冷却剂送入和送出燃料电池组件的导管(未示出)连接。

内部端板70也具有三个开口，并可以是与外部端板68类似或相同的结构。为了能够使阳极反应剂气体从换热器64流向燃料电池堆垛62，内部端板70具有阳极反应剂气体开口78，该阳极反应剂气体开口78在第一换热器64的阳极反应剂气体出口歧管18b′和燃料电池堆垛62的阳极反应剂气体进口歧管18a′之间提供流动连通。为了能够使阴极废气从燃料电池堆垛62流向换热器64，内部端板70设有阴极废气开口80，该阴极废气开口80与第一换热器64的阴极废气进口歧管24b′和燃料电池堆垛62的阴极废气出口歧管24a′对齐并在它们之间提供流动连通。最后，为了能够使冷却剂在燃料电池堆垛62和换热器64之间流动，内部端板70设有冷却剂开口82，该冷却剂开口82与燃料电池堆垛62的冷却剂出口歧管28a′和换热器64的冷却剂进口歧管28b′对齐并在它们之间提供流动连通。内部端板70密封第一换热器的阳极反应剂气体进口歧管20b′、阴极废气出口歧管22b′和冷却剂出口歧管26b′的内部端，从而防止与燃料电池堆垛62的歧管20a′、22a′和26a′流动连通。

优选是，本发明第一实施例的燃料电池组件还设有第二反应剂调节换热器84，用于加热和(可选择地)增湿第二反应剂气体。在图中所示的实施例中，第二反应剂气体是阴极反应剂气体。因此，第二换热器84是阴极反应剂气体调节换热器84，用于在含氧阴极气体进入燃料电池堆垛62之前加热和(可选择地)增湿它。

第二换热器84包括板10的第三堆垛86。为了使第二换热器84的板10与燃料电池组件的其它板区分开，它们在下面的说明中和在附图中由参考标号10c表示。板10c的开口称为18c、20c、22c、24c、26c和28c，且相应歧管称为18c′、20c′、22c′、24c′、26c′和28c′。如下面更充分所述，第二换热器84的板10c的开口和歧管的名称与板10a和板10b的不同。

第二换热器64还包括一对端板88、90，板10c的第二堆垛86夹在该对端板88、90之间。外部端板88布置在第三堆垛86的外端处，远离燃料电池堆垛62，内部端板90布置在第三堆垛86的内端处，在燃料电池堆垛62和第三堆垛86之间。第二换热器84的端板88和90在结构上优选是彼此相同且与第一换热器64的端板68、70相同。端板88、90优选是扁平、有孔的板，而没有内部或外部流动通道，各板具有三个开口，如后面所述。端板88、90的周边紧随着组成燃料电池堆垛62和第一换热器64的板的周边。

优选是，形成第二换热器84的板10c在结构上与上述板10、10a和10b相同。不过，由于换热器84的主要目的是在阴极气体进入燃料电池堆垛62之前调节该阴极气体，因此在第二换热器84中的开口和歧管的功能与燃料电池堆垛62和第一换热器64的稍微不同。因此，在堆垛86中的板10c的各开口、歧管和流动通道的名称与燃料电池堆垛62和第一换热器64的板稍微不同。第二换热器84的板10c和堆垛86包括：阴极反应剂气体进口开口24c和相应的歧管24c′，它们通过多个阴极反应剂气体流动通道42c而与阴极反应剂气体出口开口22c和相应的歧管22c′流动连通；阳极废气出口开口20c和相应的歧管20c′，它们通过多个阳极废气流动通道32c而与阳极废气出口开口18c和相应的歧管18c′流动连通；以及冷却剂进口开口28c和相应的歧管28c′，它们通过多个内部冷却剂流动通道30c(未示出)而与冷却剂出口开口26c和相应的歧管26c′流动连通。

如在第一换热器64中，第三堆垛86的分隔部件60并不为电解质隔膜的形式。而是，分隔部件60优选是包括热传递隔板，该热传递隔板能够从流过通道32c的相对较热的阳极废气向流过通道42c的相对较冷的阴极反应剂气体传热。热传递隔板可选择为水可透过，以便使得水能够从相对湿润的阳极废气传递给相对干燥的阴极反应剂气体，从而使得阴极反应剂气体增湿。

如上所述，第二换热器84的端板88和90包括具有进口开口和出口开口的简单的带孔板，该进口开口和出口开口与第三堆垛的选定的进口歧管和出口歧管对齐。特别是，外部端板88使得阳极废气能够离开换热器84，因此具有阳极废气开口92，该阳极废气开口92与第二换热器84的阳极废气出口歧管18c′对齐且流动连通；外部端板88还具有阴极反应剂气体开口94，该阴极反应剂气体开口94与第二换热器84的阴极反应剂气体进口歧管24c′对齐且流动连通；以及还具有冷却剂开口96，该冷却剂开口96与第二换热器84的冷却剂进口歧管28c′对齐且流动连通。因此，外部端板88能够使冷却剂和阴极反应剂气体进入燃料电池组件，并能够使阳极废气离开燃料电池组件。应当知道，外部端板88密封换热器84的另外三个歧管的外端，即阳极废气出口歧管20c′、阴极反应剂气体出口歧管22c′和冷却剂出口歧管26c′。外部端板88可以设有接头或者用于与接头连接的装置，它们能够与用于将气体和冷却剂送入和送出燃料电池组件的导管(未示出)连接。

内部端板90也具有三个开口，并可以是与外部端板88类似或相同的结构。为了能够使阴极反应剂气体从换热器84流向燃料电池堆垛62，内部端板90具有阴极反应剂气体开口98，该阴极反应剂气体开口98与第三堆垛86的阴极反应剂气体出口歧管22c′和燃料电池堆垛62的阴极反应剂气体进口歧管22a′对齐且在它们之间提供流动连通；内部端板90还具有阳极废气开口，该阳极废气开口与第三堆垛86的阳极废气进口歧管20c′和燃料电池堆垛62的阳极废气出口歧管20a′对齐且在它们之间提供流动连通；以及还具有冷却剂开口102，该冷却剂开口102与第三堆垛86的冷却剂出口歧管26c′和燃料电池堆垛62的冷却剂进口歧管26a′对齐且在它们之间提供流动连通。内部端板90密封另外三个歧管(18c′、24c′和28c′)以及燃料电池堆垛62的歧管18a′、24a′和28a′的内端。

图8至11中显示了阳极反应剂气体和废气、阴极反应剂气体和废气以及冷却剂通过燃料电池组件的流动通路。图8显示了用于阳极气体和阴极气体以及冷却剂的进入点和离开点。图9至11更详细地显示了阳极气体、阴极气体和冷却剂在流过本发明第一实施例的燃料电池组件时沿着的流动通路。

应当知道，阳极和阴极反应剂气体调节换热器64和84的相对位置可以颠倒，和/或冷却剂流过燃料电池组件的方向可以反向。特别是，冷却剂可以制成为通过阳极反应剂气体调节换热器进入燃料电池组件，并通过阴极反应剂气体调节换热器离开燃料电池组件。这将在后面参考图12中所示的第一实施例的变化形式来更详细地介绍。图12中所示的燃料电池组件包括与上述相同的燃料电池堆垛62，该燃料电池堆垛包括第一多个板10a。图12的燃料电池组件还包括：第一换热器104，该第一换热器104位于燃料电池堆垛62的第一端处；以及第二换热器106，该第二换热器106位于燃料电池堆垛62的第二相对端处。

第一换热器104包括：板10b的第二堆垛66，它与换热器64的堆垛66相同；以及外部端板108和内部端板116。外部端板108具有：冷却剂开口110，该冷却剂开口110与第二堆垛66的冷却剂进口歧管28b′对齐且流动连通；阳极反应剂气体开口112，该阳极反应剂气体开口112与第二堆垛66的阳极气体进口歧管20b′对齐且流动连通；以及阴极废气开口114，该阴极废气开口114与第二堆垛66的阴极废气出口歧管22b′对齐且流动连通。内部端板116具有如下三个开口：冷却剂开口118，该冷却剂开口118与第二堆垛66的冷却剂出口歧管26b′和燃料电池堆垛62的冷却剂出口歧管26a′对齐且在它们之间提供流动连通；阳极反应剂气体开口120，该阳极反应剂气体开口120与第二堆垛66的阳极反应剂气体出口歧管18b′和燃料电池堆垛62的阳极反应剂气体进口歧管18a′对齐且在它们之间提供流动连通；以及阴极废气开口122，该阴极废气开口与第二堆垛66的阴极废气进口歧管24b′和燃料电池堆垛62的阴极废气出口歧管24a对齐且在它们之间提供流动连通。

图12中所示的第二换热器106包括板10c的第三堆垛86，该第三堆垛86在结构上与结合图6所述的堆垛86相同。第二换热器106还包括外部端板124和内部端板132。

第二换热器106的外部端板124包括以下开口：冷却剂开口126，该冷却剂开口126与第三堆垛86的冷却剂出口歧管26c′对齐且流动连通；阳极废气开口128，该阳极废气开口128与第三堆垛86的阳极废气出口歧管18c′对齐且流动连通；以及阴极反应剂气体开口130，该阴极反应剂气体开口130与第三堆垛86的阴极反应剂气体进口歧管24c′对齐且流动连通。

第二换热器106的内部端板132具有以下开口：冷却剂开口134，该冷却剂开口134与第三堆垛86的冷却剂进口歧管28c′和燃料电池堆垛62的冷却剂出口歧管28a′对齐且在它们之间提供流动连通；阳极废气开口136，该阳极废气开口与第三堆垛86的阳极废气进口歧管20c和燃料电池堆垛62的阳极废气出口歧管20a′对齐且在它们之间提供流动连通；以及阴极反应剂气体开口138，该阴极反应剂气体开口138与第三堆垛86的阴极反应剂气体出口歧管22c′和燃料电池堆垛62的阴极反应剂气体进口歧管22a′对齐且在它们之间提供流动连通。

阳极气体和阴极气体通过图12的燃料电池组件的流动与通过图7的燃料电池组件的流动完全相同。不过，冷却剂流动颠倒，它通过阳极反应剂气体调节换热器104进入图12的燃料电池组件，并通过阴极反应剂气体调节换热器106离开燃料电池组件。冷却剂通过图12的燃料电池组件的各板堆垛62、66和86的方向与阳极气体和阴极气体的流动方向相同，因为有利于最佳传热。

图13显示了本发明的第二优选燃料电池组件，它与上述燃料电池组件类似，优选是也包括位于两个反应剂气体调节换热器之间的燃料电池堆垛。特别是，图13的燃料电池组件包括：燃料电池堆垛140；第一换热器104，该第一换热器104布置在燃料电池堆垛的第一端处；以及第二换热器84，该第二换热器84布置在燃料电池堆垛的第二端处。根据第二实施例的燃料电池组件在多个方面与上述第一实施例的燃料电池组件不同。首先，阳极反应剂气体在第一换热器104中通过阳极废气来调节，而不是如第一实施例中通过阴极废气。其次，阴极反应剂气体在第二换热器84中通过阴极废气来调节，而不是如第一实施例中通过阳极废气。第三，冷却剂并不是如第一实施例中进入燃料电池组件的一端以及从另一端离开。而且，根据第二实施例的燃料电池组件包括两个分开的冷却剂回路，各回路限定了通过其中一个换热器104、84以及燃料电池堆垛140的一部分的冷却剂流动通路。这样，在图13所示的第二实施例中，避免了相对较热的冷却剂从燃料电池堆垛流向其中一个换热器。为了提供上述特征，图13的燃料电池组件包括多个附加结构元件，这些附加结构元件并不存在于根据第一实施例的燃料电池组件中。

图13的燃料电池组件的第一换热器104在结构上与图11中所示的燃料电池组件的第一换热器104相同。在功能上，图13的换热器104的区别仅在于阳极废气在图13的换热器104中循环，而不是如图12中的阴极废气在该换热器104中循环。因此，图12的换热器104中的歧管和开口的说明也用于图13，除了在外部端板108中的开口114是阳极废气开口，在第二堆垛66中的歧管22b′和24b′是分别阳极废气出口歧管和阳极废气进口歧管，以及在内部端板116中的开口122是阳极废气开口。

类似地，图13的第二换热器在结构上与图7的换热器84相同，且功能上也相同，除了阴极废气流过图13的换热器，而不是阳极废气流过该换热器。因此，在图13中，在内部端板90中的开口100是阴极废气开口，歧管20c′和18c′是分别阴极废气进口歧管和阴极废气出口歧管，且外部端板88的开口92是阴极废气开口。

图13的燃料电池组件还包括位于燃料电池堆垛140中的第一冷却剂转向板142，用于将燃料电池堆垛分成第一部分140a和第二部分140b，第一部分冷却剂在该第一部分140a中循环，而第二部分冷却剂在该第二部分140b中循环。在图13所示的实施例中，第一冷却剂转向板142近似定位成中间穿过燃料电池堆垛140。应当知道，并不必须这样。燃料电池堆垛140的第一部分140a定位成靠近第一换热器104，并从第一换热器接收冷却剂，而燃料电池堆垛140的第二部分140b定位成远离第一换热器104和靠近第二换热器84，并从第二换热器84接收冷却剂。

优选是，第一冷却剂转向板142包括扁平、带孔的板，该板的结构与换热器104、84的内部端板和外部端板类似，除了它有四个开口，而不是三个。板142并不影响反应剂气体和废气流过堆垛，因此包括阳极反应剂气体开口144、阴极反应剂气体开口146、阳极废气开口148和阴极废气开口150。阳极反应剂气体开口144与组成燃料电池堆垛140的阳极反应剂气体进口歧管18a′的、板10a的开口18a对齐。阴极反应剂气体开口146与组成燃料电池堆垛140的阴极反应剂气体进口歧管22a′的、板10a的开口22a对齐。板142的阳极废气开口148与组成燃料电池堆垛140的阳极废气出口歧管20a′的、板10a的开口20a对齐。板142的阴极废气开口150与组成燃料电池堆垛140的阴极废气出口歧管24a′的、板10a的开口24a对齐。这样，用于阳极和阴极反应剂气体的进口歧管18a′和22a′以及用于阳极和阴极废气的出口歧管20a′和24a′穿过整个燃料电池堆垛140延伸。

不过，第一冷却剂转向板142具有用于冷却剂的开口，从而提供了将燃料电池堆垛140的各冷却剂进口歧管26a′和冷却剂出口歧管28a′分成两部分的屏障。因此，板142防止冷却剂流过燃料电池堆垛，并提供在两个冷却剂回路之间的分离。

一旦冷却剂在燃料电池堆垛140的一部分中循环，将迫使它离开燃料电池堆垛140的该相同部分，并必须在不第二次经过一个换热器104、84的情况下离开燃料电池组件。因此设置有附加冷却剂转向板，以便使冷却剂在并不重新进入换热器(它首先通过该换热器进入燃料电池组件)的情况下离开燃料电池组件。如图13中所示，设置有第二冷却剂转向板152，用于使第一部分冷却剂能够在不第二次经过第一换热器104的情况下离开燃料电池组件。类似地，设置有第三冷却剂转向板154，用于使第二部分冷却剂能够在不第二次经过第二换热器84的情况下离开燃料电池组件。

第二冷却剂转向板152为扁平、带孔的板，它置于第一换热器104和燃料电池堆垛140之间，并具有多个开口。板152包括第一冷却剂开口162，该第一冷却剂开口162与第一换热器104的内部端板116的冷却剂开口118、第一换热器104的冷却剂出口歧管26b′和燃料电池堆垛140的第一部分140a中的冷却剂进口歧管26a′对齐且流动连通。板152还包括第二冷却剂开口158，该第二冷却剂开口158与燃料电池堆垛140的第一部分140a的冷却剂出口歧管28a′对齐且流动连通。第二冷却剂转向板还包括冷却剂出口开口160，该冷却剂出口开口160延伸穿过板152的侧表面，以便在第二冷却剂开口158和板152的外边缘之间提供流动连通，其中，第一部分冷却剂通过该冷却剂出口开口160离开燃料电池组件。

应当知道，板152的厚度可以大于换热器的端板的厚度，这是因为在板152的侧表面中设置有冷却剂开口160。还应当知道，板152的第二冷却剂开口158可以完全延伸穿过板152，并通过第一换热器104的内部端板116在一侧封闭。也可选择，开口158可以是盲孔开口，它在板152的上表面封闭。对于任意一种方式，都防止了冷却剂在转向板152的第二冷却剂开口158和第一换热器104的冷却剂进口歧管28b′之间的流动。

第二冷却剂转向板152还提供开口，阳极反应剂气体和阴极反应剂气体能够通过该开口而在第一换热器104和燃料电池堆垛140之间经过。因此，第二冷却剂转向板152设置有阳极反应剂气体开口156，该阳极反应剂气体开口与第一换热器104的阳极反应剂气体出口歧管18b′和燃料电池堆垛140的阳极反应剂气体进口歧管18a′对齐且在它们之间提供流动连通。

第二冷却剂转向板152还设置有阳极废气开口164，该阳极废气开口164与燃料电池堆垛140的阳极废气出口歧管20a′和第一换热器104的阳极废气进口歧管24b′对齐且在它们之间提供流动连通。应当知道，燃料电池堆垛140的阳极废气出口歧管20a′和第一换热器104的阳极废气进口歧管24b′并不相互直接轴向对齐。因此，第二冷却剂转向板152的阳极废气开口164为“交叉开口”的形式，包括：第一开口166，该第一开口166与燃料电池堆垛140的阳极废气出口歧管20a′对齐且流动连通；第二开口168，该第二开口168与换热器104的阳极废气进口歧管24b′对齐且流动连通；以及交叉槽道170，该交叉槽道170使得阳极废气能够在两个开口166、168之间流动。

为了实现所需的交叉功能，应当知道，开口166必须在板152的、远离燃料电池堆垛140的一侧封闭，且开口168必须在板152的、靠近燃料电池堆垛140的一侧封闭。还应当知道，交叉槽道170必须在板152的远侧和近侧都封闭。如在上述开口158的情况下，板152可以构成为这样，即开口166、168和槽道170完全延伸穿过板152，或者它们可以包括在板152的远侧和/或近侧上封闭的盲孔开口。当开口166、168和槽道170完全延伸穿过板152时，如图13中所示，应当知道，第一开口166由第一换热器104的内部端板116封闭。不过，为了封闭开口168的近端，在第二冷却剂转向板152和燃料电池堆垛140之间设置有中间板172。该中间板172具有如下的多个流通开口：阳极反应剂气体开口174，该阳极反应剂气体开口174与第一换热器104的阳极反应剂气体出口歧管18b′和燃料电池堆垛140的阳极反应剂气体进口歧管18a′对齐且在它们之间提供流动连通；第一冷却剂开口176，该第一冷却剂开口176与第一换热器104的冷却剂出口歧管26b′和燃料电池堆垛140的第一部分140a中的冷却剂进口歧管26a′对齐且在它们之间提供流动连通；阳极废气开口178，该阳极废气开口178与燃料电池堆垛140的阳极废气出口歧管20a′和在第二冷却剂转向板152中的阳极废气进口开口164对齐且在它们之间提供流动连通；以及第二冷却剂开口180，该第二冷却剂开口180与燃料电池堆垛140的第一部分140a中的冷却剂出口歧管28a′和第二冷却剂转向板152的第二冷却剂开口158对齐且在它们之间提供流动连通。

应当知道，当开口168为盲孔开口(它在板152的近侧表面封闭)时，中间板172可以省略。当开口164构造为盲孔开口(它在板152的远侧表面封闭)时，换热器104的端板116同样可以省略。也可选择，通过使开口164、168以上述方式构造成盲孔开口，一个或两个板116和172可以省略。

如上所述，图13的燃料电池组件还包括第三冷却剂转向板154，该第三冷却剂转向板154的结构和功能与上述第二冷却剂转向板152对应。板154具有：第一冷却剂开口192；第二冷却剂开口202，该第二冷却剂开口202与延伸穿过板153的侧表面的冷却剂出口开口204连通；阴极反应剂气体开口194；以及阴极废气开口196。开口196为交叉开口的形式，包括：第一开口200，该第一开口200从堆垛140接收阴极废气；第二开口198，该第二开口198使阴极废气能够流过换热器84；以及交叉槽道206，该交叉槽道206使得阴极废气能够在两个开口200、198之间横向流动。板154位于第二换热器84和燃料电池堆垛140之间，以提供用于使冷却剂流过燃料电池堆垛140的第二部分140b的出口。可以设置结构与上述板172相对应的第二中间板182，以便能够使阴极废气交叉，并防止在第二换热器84的阴极废气进口歧管20c′和燃料电池堆垛140的阳极废气出口歧管20a′之间的流动连通。第二中间板182具有如下的多个流通开口：第一冷却剂开口184，该第一冷却剂开口184与板154的冷却剂开口192对齐；阴极反应剂气体开口186，该阴极反应剂气体开口186与板154的开口194对齐；第二冷却剂开口188，该第二冷却剂开口188与板154的冷却剂开口202对齐；以及阴极废气开口190，该阴极废气开口190与板154的交叉开口196的开口200对齐。图19-21中显示了板154和182的放大图。图20和21显示了夹在第二中间板182和换热器84的内部端板90之间的第三冷却剂转向板154。由图20和21可知，第三冷却剂转向板154可以与一个或两个板90和182形成一体，以便减少组成燃料电池组件的部件的数目。

图14至16更详细地显示了根据图13中所示的本发明第二实施例的阳极气体、阴极气体和冷却剂在它们流过燃料电池组件时沿着的流动通路。

应当知道，在本发明的第二实施例中的多个冷却剂回路以及阳极和阴极气体的再循环提供了两个单独功能，它们并不必须在单个燃料电池组件中实现。在第二实施例的第一变化形式中，如图17中所示，提供了如图13中的多个冷却剂回路，但是阳极和阴极气体从一端至另一端流过整个燃料电池组件，如在上述本发明第一实施例中那样。

图17显示了燃料电池组件，该燃料电池组件包括燃料电池堆垛140、第一换热器104和第二换热器84，它们都已经在上面详细介绍。由图17中可见，阳极反应剂气体通过换热器104进入燃料电池组件，阳极废气通过第二换热器84离开该燃料电池组件。相反，阴极反应剂气体通过第二换热器84进入该燃料电池组件，并通过第一换热器104离开该燃料电池组件。在图13和17的燃料电池组件之间的区别相对较小，如下面所述。首先，在图17的变化形式中省略了中间板172和182，在图17的相应板152a中省略了板152的交叉槽道170和开口166，且在图17的板154a中省略了板154的交叉槽道206和开口200。这些变化除去了第二实施例的、使得阳极和阴极气体流重新循环的元件，从而使它们从一端至另一端地流过热的燃料电池组件。

在第二实施例的第二变化形式中，如图18中所示，阳极和阴极气体如上面参考图13所述进行重新循环，但是使得冷却剂从一端至另一端地流过燃料电池组件，如在上述第一实施例中那样。

图18显示了燃料电池组件，该燃料电池组件包括燃料电池堆垛62、第一换热器104和第二换热器106，它们都已经在上面详细介绍。由图18中可知，阳极反应剂气体通过第一换热器104进入燃料电池组件，并流过堆垛62循环，然后在离开燃料电池组件之前往回重新在第一换热器104中循环。类似地，阴极反应剂气体通过第二换热器106进入燃料电池组件，并在堆垛62中循环，然后在离开该燃料电池组件之前往回重新在第二换热器106中循环。另一方面，冷却剂通过第一换热器104进入燃料电池组件，在堆垛62中循环，并通过第二换热器106离开燃料电池组件。在图18中所示的燃料电池组件和在图13中所示的燃料电池组件之间的区别相对较小，下面将介绍。

例如，图18的堆垛62并不包括用于阻挡冷却剂从一端向另一端流过堆垛的板142的等效物，也不需要在燃料电池组件侧部的冷却剂出口孔。因此，图18的变化形式包括板152b和154b，它们没有冷却剂转向功能，因此没有冷却剂出口孔160、204，且只有一个冷却剂开口，而不是两个。特别是，板152b包括冷却剂开口162，但是省略了开口158，且板154b包括冷却剂开口202，但是省略了开口192。中间板172b和182b同样构造成包括仅一个冷却剂开口。特别是，板172b包括冷却剂开口176，但是省略了开口180，且板182b包括冷却剂开口188，但是省略了开口184。这些变化使得冷却剂从一端向另一端穿过组件从换热器104流向换热器106，且冷却剂以与阳极和阴极气体的流动相同的方向流过三个板堆垛66、62和86。应当知道，冷却剂流过燃料电池组件的方向可以通过简单地颠倒板152b、154b、172b和182b以及换热器104、106的端板中的冷却剂开口的位置(例如，在板108中，冷却剂开口110将移动至板的、紧邻着开口114的相对端)而反向，即通过换热器106进入，并通过换热器104离开。

应当知道，在不脱离本发明的范围的情况下，这里所述的燃料电池组件可以进行各种变化，以便提供用于阳极和阴极气体以及冷却剂的各种流动通路。本发明的燃料电池组件提供了多个潜在优点，包括减小了燃料电池组件的尺寸和复杂性以及提高了效率。特别是，上述燃料电池组件减少了在燃料电池系统中所需的部件的数目，例如外部换热器和相关导管。还有，因为根据本发明的集成换热器可以利用与在燃料电池堆垛中使用的板相同的板，因此在燃料电池系统中使用的不同板结构的数目可以减少，且具有类似尺寸的换热器布置在燃料电池堆垛的端部可以节省空间。而且，应当知道，上述燃料电池组件优选是布置在燃料电池系统中的燃料电池堆垛的端板之间，其中，燃料电池堆垛的端板可以与周围环境接触。因此，本发明的集成反应剂调节换热器布置在燃料电池堆垛和堆垛的端板之间。这样的效果是使得燃料电池堆垛端部附近的板与周围环境隔离接触以及与端板隔离接触。因此，燃料电池堆垛端部附近的燃料电池板可以更容易地保持在与位于堆垛中心部分中的板相同的温度，从而导致燃料电池系统效率更高。

尽管已经通过特定实施例介绍了本发明，但是本发明并不局限于此。而是，本发明包括落在下面的权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种燃料电池组件，包括燃料电池堆垛和第一换热器，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，以产生电能，并产生第一废气和第二废气；

其中，燃料电池组件包括多个板，所述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；

(a)所述燃料电池堆垛包括：

(i)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；

其中，所述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；

其中，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；以及

(b)其中，所述第一换热器位于燃料电池堆垛的第一端处，并包括：

(i)所述板的第二堆垛，在该第二堆垛中，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；

其中，所述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；

其中，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；

(ii)外部端板，该外部端板布置在第二堆垛的外端处，远离第一堆垛，该外部端板具有：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；以及

(iii)内部端板，该内部端板布置在第二堆垛的内端处，并设置在第一和第二堆垛之间，该内部端板具有：第一反应剂气体开口，该第一反应剂气体开口在第二堆垛的第一反应剂气体出口歧管和第一堆垛的第一反应剂气体进口歧管之间提供流动连通；废气开口，该废气开口在第二堆垛的废气进口歧管和第一堆垛的第一或第二废气出口歧管之间提供流动连通；以及冷却剂开口，该冷却剂开口在第一堆垛的冷却剂进口歧管和第二堆垛的冷却剂出口歧管之间或在第一堆垛的冷却剂出口歧管和第二堆垛的冷却剂进口歧管之间提供流动连通，其中，内部端板密封第二堆垛的废气出口歧管、第一反应剂气体进口歧管和一个所述冷却剂歧管中的每个的内端。

2.根据权利要求1所述的燃料电池组件，还包括：第二换热器，该第二换热器位于燃料电池堆垛的第二端处；

(c)其中，所述第二换热器包括：

(i)所述板的第三堆垛，在所述板的第三堆垛中，所述进口开口和出口开口还包括第二反应剂气体进口开口、第二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；

其中，所述板布置在第三堆垛中，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，包括第二反应剂气体进口歧管、第二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；

其中，在第三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，第二反应剂气体进口歧管和第二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，且废气进口歧管和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，整个第三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；

(ii)外部端板，该外部端板布置在第三堆垛的外端处，远离第一堆垛，该外部端板具有：第二反应剂气体开口，该第二反应剂气体开口与第三堆垛的第二反应剂气体进口歧管流动连通；废气开口，该废气开口与第三堆垛的废气出口歧管流动连通；以及冷却剂开口，该冷却剂开口与第三堆垛的冷却剂进口歧管或冷却剂出口歧管流动连通，其中，外部端板密封第三堆垛的废气进口歧管、第二反应剂气体出口歧管和另一冷却剂歧管中的每个的外端；以及

(iii)内部端板，该内部端板布置在第三堆垛的内端处，并设置在第一和第三堆垛之间，该内部端板具有：第二反应剂气体开口，该第二反应剂气体开口在第三堆垛的第二反应剂气体出口歧管和第一堆垛的第二反应剂气体进口歧管之间提供流动连通；废气开口，该废气开口在第三堆垛的废气进口歧管和第一堆垛的第一或第二废气出口歧管之间提供流动连通；以及冷却剂开口，该冷却剂开口在第一堆垛的冷却剂进口歧管和第三堆垛的冷却剂出口歧管之间或在第一堆垛的冷却剂出口歧管和第三堆垛的冷却剂进口歧管之间提供流动连通，其中，内部端板密封第三堆垛的废气出口歧管、第二反应剂气体进口歧管和一个所述冷却剂歧管中的每个的内端。

3.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：第二废气与冷却剂和第一反应剂气体换热连通地流过第一换热器，这样，第一换热器的废气进口开口和废气出口开口以及第二气体流动通道用于第二废气的流动，且第一换热器的内部端板的废气开口在第二堆垛的第二废气进口歧管和第一堆垛的第二废气出口歧管之间提供流动连通。

4.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：第一废气与冷却剂和第一反应剂气体换热连通地流过第一换热器，这样，第一换热器的废气进口开口和废气出口开口以及第二气体流动通道用于第一废气的流动，且第一换热器的内部端板的废气开口在第二堆垛的第一废气进口歧管和第一堆垛的第一废气出口歧管之间提供流动连通。

5.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：冷却剂通过第一换热器的外部端板进入燃料电池组件，这样，在外部端板中的冷却剂开口与第二堆垛的冷却剂进口歧管流动连通，且内部端板中的冷却剂开口在第一堆垛的冷却剂进口歧管和第二堆垛的冷却剂出口歧管之间提供流动连通。

6.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：冷却剂通过第一换热器的外部端板离开燃料电池组件，这样，在外部端板中的冷却剂开口与第二堆垛的冷却剂出口歧管流动连通，且内部端板中的冷却剂开口在第一堆垛的冷却剂出口歧管和第二堆垛的冷却剂进口歧管之间提供流动连通。

7.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：第一反应剂气体包括含氢阳极反应剂气体，第二反应剂气体包括含氧阴极反应剂气体，第一废气包括阳极废气，第二废气包括阴极废气。

8.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：第一反应剂气体包括含氧阴极反应剂气体，第二反应剂气体包括含氢阳极反应剂气体，第一废气包括阴极废气，第二废气包括阳极废气。

9.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：通过第一气体流动通道、第二气体流动通道和冷却剂流动通道的流动方向通常相同。

10.根据权利要求2所述的燃料电池组件，其中：冷却剂通过第一换热器进入燃料电池组件，并通过第二换热器离开燃料电池组件。

11.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：第二堆垛的热传递隔板包括水可透过的隔膜，它使得水能够从流过第二气体流动通道的废气通向流过第一气体流动通道的第一反应剂气体。

12.根据权利要求1所述的燃料电池组件，其中：组成堆垛的所述板是双极燃料电池板。

13.根据权利要求1所述的燃料电池组件，还包括：第一冷却剂转向板，该第一冷却剂转向板位于燃料电池堆垛中，以将燃料电池堆垛分成第一部分和第二部分，第一部分冷却剂在该第一部分中循环，第二部分冷却剂在该第二部分中循环，燃料电池堆垛的该第一部分定位成靠近第一换热器，燃料电池堆垛的该第二部分远离第一换热器；

其中，第一冷却剂转向板具有第一反应剂气体开口、第一废气开口、第二反应剂气体开口和第二废气开口，这样，用于第一和第二反应剂气体以及第一和第二废气的歧管延伸穿过整个燃料电池堆垛；以及

其中，第一冷却剂转向板部分地穿过堆垛地中断燃料电池堆垛的冷却剂进口歧管和冷却剂出口歧管，以防止冷却剂在燃料电池堆垛的第一和第二部分之间流通。

14.根据权利要求13所述的燃料电池组件，其中：第一部分冷却剂通过第一换热器的外部端板进入燃料电池组件，这样，在外部端板中的冷却剂开口与第二堆垛的冷却剂进口歧管流动连通，且在内部端板中的冷却剂开口在第一堆垛的第一部分中的冷却剂进口歧管和第二堆垛的冷却剂出口歧管之间提供流动连通；以及

燃料电池组件还包括第二冷却剂转向板，该第二冷却剂转向板布置在燃料电池堆垛和第一换热器的内部端板之间，该第二冷却剂转向板包括：

(i)第一冷却剂开口，该第一冷却剂开口与第一换热器的内部端板的冷却剂开口、第一换热器的冷却剂出口歧管和燃料电池堆垛的第一部分中的冷却剂进口歧管对齐且流动连通；

(ii)第二冷却剂开口，该第二冷却剂开口与燃料电池堆垛的第一部分中的冷却剂出口歧管对齐且流动连通；

(iii)冷却剂出口开口，该冷却剂出口开口与第二冷却剂开口流动连通，第一部分冷却剂通过该冷却剂出口开口离开燃料电池组件。

15.根据权利要求4所述的燃料电池组件，还包括：交叉板，该交叉板布置在燃料电池堆垛和第一换热器的内部端板之间，该交叉板包括：

(i)第一外表面和相对的第二表面，它们沿轴线相互间隔开，第一外表面面对着第一换热器的内部端板，该第二外表面面对着燃料电池堆垛；

(ii)第一废气进口开口，该第一废气进口开口布置在交叉板的第二外表面中，它与燃料电池堆垛的第一废气出口歧管流动连通；

(iii)第一废气出口开口，该第一废气出口开口布置在交叉板的第一外表面中，它通过内部端板的废气开口而与第一换热器的第一废气进口歧管流动连通；以及

(iv)内部交叉通道，该内部交叉通道延伸穿过交叉板的内部，该内部交叉通道与第一废气进口开口和第一废气出口开口流动连通，以在燃料电池堆垛的第一废气出口歧管和第一换热器的第一废气进口歧管之间提供第一废气的交叉流动。

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