CN101983451A - 具有多向流场的燃料电池板 - Google Patents

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Abstract

一种示例性燃料电池板包括多个第一流场通道，该多个第一流场通道具有一端附近的入口和相对端附近的出口。第一流场通道建立从对应的入口到对应的出口的多个第一流体流路径。多个第二流场通道具有一端附近的入口和相对端附近的出口，以用于建立从入口到出口的多个第二流体流路径。第一流体流路径中的流体流的方向与第二流体流路径中的流体流的方向相反。第二流场通道中的至少一些处于第一流场通道中的两个之间。

Description

具有多向流场的燃料电池板
背景
燃料电池用来基于燃料电池的电化学反应来产生电。一些燃料电池组件包括定型板(solid plate)，其引入水管理挑战。例如，定型板通常用来建立反应物流场。进入流场的气体通常是干燥的，这往往使燃料电池入口附近变干燥。干燥条件可降低燃料电池性能，并且可缩短燃料电池的使用寿命。
另一方面，当气体沿着流场行进时，往往存在夹带在气流中的增加的量的湿气。因此，因为与离开的气体相关联的湿气的积聚的原因，存在淹没出口侧的可能性。在出口处的过量的湿气降低燃料电池性能。
概述
示例性燃料电池板包括多个第一流场通道，该多个第一流场通道具有一端附近的入口和相对端附近的出口。第一流场通道建立从对应的入口到对应的出口的多个第一流体流路径。多个第二流场通道具有一端附近的入口和相对端附近的出口，以用于建立从入口到出口的多个第二流体流路径。第一流体流路径中的流体流的方向与第二流体流路径中的流体流的方向相反。第二流场通道中的至少一些处于第一流场通道中的两个之间。
一种管理沿着燃料电池板的湿气分布的示例性方法，包括使通过多个第一流场通道的流向在第一方向上定向。通过多个第二流场通道的流向在与第一方向相反的方向上定向。第二流场通道中的至少一些处于第一流场通道中的两个之间。
根据以下详细描述，对于本领域的技术人员而言，本发明的各种特征和优点将变得显而易见。可如下简要地描述伴随详细描述的附图。
附图简述
图1示意性地示出了一个实例燃料电池板。
图2示意性地示出了另一个实例燃料电池板。
详细描述
图1示意性地显示了燃料电池板20，在这个实例中，燃料电池板20是定型板。实例板20包括独特布置的流场。多个第一流场通道22建立多个第一流体流路径。第二多个流场通道24建立第二多个流体流路径。
多个第一流场通道22各自具有板20的一端28附近的入口26。多个第一流场通道22中的各个具有板20的相对端32附近的出口30。
第二流场通道24中的各个具有板20的端32附近的入口34。第二流场通道24中的各个的出口36在板20的端28附近。
将入口和出口布置成如图1中示意性地显示的那样提供了在一个方向上通过第一流场通道22的多个流体流路径和在相反的方向上通过第二流场通道24的多个流体流路径。图示中的箭头代表流体流的方向。
因为流体流路径内的气体在入口处典型地较干燥，并且在出口附近包含较多湿气，所以所示构造有利于沿着板20的更均匀的水分布。在一些实例中，相同的流体(例如空气或燃料气体)流过第一通道22和第二通道24。
在所示实例中，在相邻的流体流路径或流场通道中流体流的相反方向允许越过分开通道的肋条40的水传递。在一个实例中，越过肋条40的端(例如图示中的顶部)发生水传递。
所示实例中的流体流的相反方向在相对湿的出口气体附近提供了相对干的入口气体，这有利于更好的水分布且为板20提供所产生的提高的性能和有效使用寿命。所示布置还允许以相对更低的湿度水平操作，因为借助于通过通道22和24的流体流方向的策略性布置最大程度地减小或消除了板20的一部分变干燥的倾向。
图2示意性地示出了具有多个第一流场通道22的另一个实例板20，该多个第一流场通道22提供了与通过第二多个流场通道24的流体流方向相反的流体流方向。在这个实例中，与图1的实例相似，第一流场通道22与第二流场通道互相交叉(interdigitated)。在这些实例中，每个流场通道具有提供相反的流体流方向的相邻的流场通道。其它实例包括彼此相邻的至少两个第一流场通道22，在它们之间没有任何第二流场通道24。第一流场通道22中的至少一些具有在它们之间的第二流场通道24。
在图2的实例中，第一流场通道20通过入口通路52接收在入口50处提供的入口气体。在这个实例中，第一流场通道22中的各个的一端是与公共入口通路52连通的入口端26。类似地，第二流场通道24具有作为入口端34的一端，其通过公共入口通道56接收在入口54处提供的气体。如根据图示可理解的那样，公共入口通道52和56横向于通过流场通道的流体流的方向。公共入口通道52和56位于板20的相对端附近。
第一流场通道22的出口30将在湿气含量上往往较高的出口气体引导通过公共出口通路60。在这个实例中，出口通路60朝向板20的一侧62畅通。第二流场通道24的出口36将在第二流体流方向上流动的气体引导通过公共出口通路64。在这个实例中，出口通路64朝向板20的一侧62畅通。
在图2中，第一流场通道22中的各个和第二流场通道24中的各个朝向板20的侧68畅通，侧68相对于侧62面向相反的方向，出口通路60和64朝向侧62畅通。在一些实例中，相同的流体在第一通道22和第二通道24中流动。
图2的布置包括肋条设计70，其将第一流场通道22与第二流场通道24分开，并且有利于接近公共入口通路52和56。实例肋条70包括沿着第一流场通道22中的一个的一侧的第一区段72。第二区段74横向于第一区段72。在所示实例中，第二区段74至少部分地垂直于第一区段72的至少一部分。在这个实例中，第二区段74邻近对应的第一流场通道22的出口30。第三区段76大体平行于第一区段72。第三区段76沿着与第一区段72相反的第一流场通道22的侧，从而使得第一区段72和第三区段76建立或限定对应的第一流场通道22的宽度。
所示的第三区段76沿着第二流场通道24的一侧。肋条70的第四区段78横向于第三区段76。第四区段78在对应的第二流场通道24的出口36附近。第五区段80大体平行于第三区段76，并且建立对应的第二流场通道24的相反侧。
肋条70越过板20具有重复的构造，如可根据图示理解的那样。所使用的区段数量取决于特定的板期望的流场通道的数量。出于论述的目的，仅显示了少许流场通道。典型的板20将包括比图示中显示的更多的通道。
制造实例板20的一种技术包括在模制过程期间将流场通道、公共入口通道及公共出口通道模制成板20的一部分。另一个实例包括加工一块板原料，以实现期望的通道构造。另一个实例包括模制通道的一部分，并且加工剩余部分。
前述描述在本质上是示例性的而非限制性的。对于本领域的技术人员而言，未必偏离本发明的本质的对公开的实例的变化和修改将变得显而易见。赋予本发明的法律保护的范围仅可通过研究权利要求书来确定。

Claims (10)

1.一种燃料电池板，包括：
多个第一流场通道，其具有一端附近的入口和相对端附近的出口，以用于建立从所述入口到所述出口的多个第一流体流路径；
多个第二流场通道，其具有一端附近的入口和相对端附近的出口，以用于建立从所述入口到所述出口的多个第二流体流路径；
其中，所述第一流体流路径相对于所述第二流体流路径处于相反的方向，并且所述第二流场通道中的至少一些处于所述第一流场通道中的两个之间。
2.根据权利要求1所述的燃料电池板，其特征在于，所述第一流场通道入口在所述板的一端附近，并且所述第二流场通道出口在所述板的所述一端附近。
3.根据权利要求2所述的燃料电池板，其特征在于，所述第一流场通道出口在所述板的相对端附近，并且所述第二流场通道入口在所述相对端附近。
4.根据权利要求1所述的燃料电池板，其特征在于，所述第二流场通道与所述第一流场通道互相交叉，从而使得每隔一个流体流路径相对于相邻的流体流路径处于相反的方向。
5.根据权利要求1所述的燃料电池板，其特征在于，所述流场通道沿着所述流场通道的长度朝向所述板的一侧畅通，并且所述出口引导流体流朝向所述板的相对侧。
6.根据权利要求5所述的燃料电池板，其特征在于，所述燃料电池板包括与所述多个流场通道出口中的至少一个连通的出口流通路，所述出口流通路朝向所述板的相反地面向的侧畅通。
7.根据权利要求1所述的燃料电池板，其特征在于，所述第一流场通道的入口邻近所述第二流场通道的出口，并且所述第二流场通道的入口邻近所述第一流场通道的出口。
8.一种管理沿着燃料电池板的湿气分布的方法，包括步骤：
使通过多个第一流场通道的流向在第一方向上定向；以及
使通过多个第二流场通道的流向在第二相反的方向上定向，其中，所述第二流场通道中的至少一些处于所述第一流场通道中的两个之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
将所述第一流场通道的入口定位成邻近所述第二流场通道的出口；以及
将所述第二流场通道的入口定位成邻近所述第一流场通道的出口。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述板的一侧上建立所述第一流场通道和所述第二流场通道；
将各个流场通道的出口布置成将离开对应的流场通道的流体引导朝向所述板的相反地面向的侧。
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