CN102007631A - 具有交叉型流场的燃料电池构件 - Google Patents

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Abstract

一种用于在燃料电池中使用的示例性流场板包括多个入口流动通道。还包括多个出口流动通道。流动通道布置成使得入口流动通道中的至少两个在入口流动通道中的两个入口流动通道的第一侧上彼此紧邻。出口流动通道中的至少一个在两个入口流动通道中的各个的相对的第二侧上紧邻这两个入口流动通道中的各个。

Description

具有交叉型流场的燃料电池构件
背景技术
燃料电池设计成有利于电化学反应，以产生电功率。燃料电池中需要的一个功能是以期望的方式引导反应物通过燃料电池。流场板典型地包括流体在燃料电池操作期间从中流过的通道。例如，沿着流场通道引导燃料气体或空气，从而使得气体在聚合物电解质薄膜燃料电池的催化剂层处可用。
典型地已经在流场板上提供了流场通道，其以平行的方式布置。典型的流场通道布置具有在板的一侧上的多个入口和在另一侧上的对应的出口。在传统布置中，流场板上的肋条隔开单独的通道。
还建议使用交叉型流场布置。这些布置与传统的流场布置不同，其使流体进入一个通道的入口，但是离开另一个通道的出口。图1示意性地示出了根据现有技术的示例性流场板布置20。在此实例中，多个入口通道22布置成与多个出口通道24平行。如箭头26示意性地示出的那样，选定的流体(例如燃料气体或空气)流入入口通道22中、穿过包括通道之间的肋条28的区域。从入口通道22到出口通道24的流体流包括在各个入口通道22内的、传送过去而到达对应的出口通道24的流的大约一半。换句话说，在各个入口通道中流动的流体有效地分到两个单独的出口通道24中，来自各个入口通道的流的大约一半进入对应的出口通道中。
在美国专利No.6,416,892、No.6,472,095、No.6,485,857、No.6,780,533和No.6,794,077中描述了示例性交叉型流场通道。虽然这样的布置提供了性能增强，但是本领域技术人员始终在争取进行另外的改进。
发明内容
一种用于在燃料电池中使用的示例性流场板包括多个入口流动通道。还包括多个出口流动通道。流动通道布置成使得入口流动通道中的至少两个在入口流动通道中的这两个的第一侧上彼此紧邻。出口流动通道中的至少一个在两个入口流动通道的各个的相对的第二侧上紧邻这两个入口流动通道中的各个。
一种用于在燃料电池中使用的示例性组件包括具有多个入口流动通道和多个出口流动通道的流场板。流动通道布置成使得入口流动通道中的至少两个在入口流动通道中的这两个的第一侧上彼此紧邻。出口流动通道中的至少一个在两个入口流动通道中的各个的相对的第二侧上紧邻这两个入口流动通道中的各个。在一些实例中包括亲水层，并且亲水层构造成以便在入口流动通道中的紧邻的入口流动通道之间的至少选定的区域中运送水分。
一种操作燃料电池的示例性方法包括将流体引导到多个入口流动通道中。来自各个入口流动通道的流体传输到单个出口流动通道中。流动通道布置成使得入口流动通道中的至少两个在入口流动通道中的这两个的第一侧上彼此紧邻。至少一个出口流动通道在两个入口流动通道中的各个的相对的第二侧上紧邻这两个入口流动通道中的各个。
根据以下详细描述，公开的实例的各种特征和优点对本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了根据现有技术的交叉型流场布置。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例设计的交叉型流场布置。
图3示意性地示出了符合图2的实施例的一种示例性布置。
具体实施方式
在图2中示意性地显示了一种用于在燃料电池中使用的流场板30。多个入口流动通道32布置成彼此平行。如可从附图中所了解的那样，至少两个入口流动通道32在流动通道的一侧上彼此紧邻。至少一个出口流动通道34在入口流动通道32的相对的第二侧上紧邻各个入口流动通道32。
在所示实例中，出口流动通道34中的两个彼此紧邻，它们之间没有任何入口流动通道32。彼此紧邻的入口流动通道32在它们之间没有任何出口流动通道34。
在所示实例中，流场板30包括用于建立流场通道的多个肋条。在此实例中，各个肋条36建立靠近流场板30的侧边缘的所示出口流动通道34的一侧。肋条38定位在紧邻的入口流动通道32之间。在紧邻的出口流动通道34之间提供了肋条40。在入口流动通道32和紧邻的出口流动通道34之间提供了肋条42。肋条42以已知的方式构造成允许流体从入口通道32传输到出口通道34。
图2的实例中的流体流动由箭头50示意性地显示。如可从图中所了解的那样，在入口通道中的一个内的整个流传输到出口流动通道34中仅单独的一个中。这与之前的交叉型流场布置不同，在之前的交叉型流场布置中，来自入口通道的流在两个出口流动通道之间有效地分开。在图2的实例中，可认为各个入口流动通道32具有与其相关联的专用的单个出口流动通道34。
图2的布置提供局部通过入口通道32和出口通道34之间(例如穿过由肋条42占用的区域)的衬底的更高的流率。在一些实例中，与之前的构造(例如图1)相比，更高的流率可用来提高出口流动通道34的气体速度。例如，如果存在比入口更少的出口且多个入口与各个出口相关联，气体速度将会更高。例如，这可协助推出实心板系统中的产物水。
当跨越流板30的侧向方向考虑时，图2的实例包括两个紧邻的入口通道32后面有两个紧邻的出口通道34的重复的型式。图2的实例不一定显示了可在流板上提供的流动通道的总数量。为了论述目的，显示了至少一些示例性通道。这种重复的型式与传统布置(在图1中显示，例如，其中通道在入口通道和出口通道之间交替)不同。
在此实例中，第一量的流体传输穿过入口通道和出口通道之间的肋条。更低的第二量的流体传输穿过在相邻的入口通道32之间的肋条。在一些实例中，将没有任何大量的流体传输会穿过相邻的入口通道32之间的肋条。在一些实例中，将没有流体传输会穿过这种肋条。
在图2中由箭头50显示的流动型式沿着流场板30产生了可被认为是停滞的区域，因为不存在局部通过紧邻的入口通道之间和紧邻的出口通道之间的衬底的流率。如可从图3中了解的那样，在肋条38附近示意性地显示了停滞区域52，肋条38在入口通道32中的紧邻的一些入口通道之间。停滞区域52还沿着紧邻的出口通道34之间的肋条40附近而存在。
在一个实例中，例如，停滞区域52用来通过那些区域通过毛细作用输送水分，以有利于燃料电池组件内的水分布。在图3中，可与流场板30相邻的亲水层60构造成以便例如沿着从板的一侧(出口通道34从该处离开)朝向板的相对侧(在此处对入口通道32提供入口气体)的方向运送水分。如已知的那样，可对燃料电池的阴极侧上的入口通道供应干燥的空气。例如，沿着停滞区域52从出口侧(其典型地包含更多潮湿的空气)朝向入口侧传输水分(即产物水)对于防止实心板变干燥来说可为有用的。
在一个实例中，亲水层60是构造成以便沿着停滞区域52通过毛细作用传送或运送水分的气体扩散层。
前面的描述是示例性性质的，而非限制性性质的。不一定偏离本发明的实质的公开的实例的变化和修改对本领域技术人员而言可变得显而易见。仅可通过研究所附的权利要求书来确定赋予本发明的法律保护范围。

Claims (19)

1.一种用于在燃料电池中使用的流场板，包括：
多个入口流动通道；以及
多个出口流动通道，所述流动通道布置成使得所述入口流动通道中的至少两个在所述入口流动通道中的所述两个入口流动通道的第一侧上彼此紧邻，所述出口流动通道中的至少一个在所述两个入口流动通道中的各个的相对的第二侧上紧邻所述两个入口流动通道中的各个。
2.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，在各个入口通道中流动的流体传输到紧邻的出口通道中单独的一个中。
3.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述出口流动通道中的至少两个是彼此紧邻的。
4.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述流动通道中的至少一些布置成连续型式，其中，所述出口流动通道的第一出口流动通道紧邻所述入口流动通道的第一入口流动通道，所述第一入口流动通道紧邻所述入口流动通道的第二入口流动通道，所述第二入口流动通道紧邻所述出口流动通道的第二出口流动通道，所述第二出口流动通道紧邻所述出口流动通道的第三出口流动通道，所述第三出口流动通道紧邻所述入口流动通道的第三入口流动通道，所述第三入口流动通道紧邻所述入口流动通道的第四入口流动通道，所述第四入口流动通道紧邻所述出口流动通道的第四出口流动通道。
5.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述流场板包括在所述流动通道之间的至少一个肋条部分，其中，在所述入口通道中的各个中流动的第一量的流体传输穿过对应于所述肋条部分中对应的一个肋条部分的区域进入所述出口通道中，并且其中，存在穿过对应于紧邻的入口流动通道之间的肋条部分的区域的更低的第二量的流体流。
6.根据权利要求5所述的流场板，其特征在于，不存在穿过对应于紧邻的出口流动通道之间的肋条部分的区域的流体流。
7.根据权利要求5所述的流场板，其特征在于，对应于紧邻的入口流动通道之间的所述肋条部分的所述区域用来进行水分输送。
8.一种用于在燃料电池中使用的组件，包括：
包括多个入口流动通道和多个出口流动通道的流场板，所述流动通道布置成使得所述入口流动通道中的至少两个在所述入口流动通道中的所述两个入口流动通道的第一侧上彼此紧邻，所述出口流动通道中的至少一个在所述两个入口流动通道中的各个的相对的第二侧上紧邻所述两个入口流动通道中的各个；以及
构造成以便在所述入口流动通道中的紧邻的入口流动通道之间的至少选定的区域中运送水分的亲水层。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述组件包括在所述流动通道之间的至少一个肋条部分，其中，在所述入口通道中的各个中流动的流体传输穿过对应于所述肋条部分中的一个肋条部分的区域进入所述出口通道中对应的一个出口通道中，并且其中，不存在穿过对应于紧邻的入口流动通道之间的肋条部分的区域的流体流。
10.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，不存在穿过对应于紧邻的出口流动通道之间的肋条部分的区域的流体流。
11.根据权利要求9所述的组件，其特征在于，所述亲水层构造成以便在对应于紧邻的入口流动通道之间的肋条部分的区域中运送水分中的至少一些。
12.根据权利要求11所述的组件，其特征在于，所述亲水层构造成以便在对应于紧邻的出口流动通道之间的肋条部分的区域中运送水分中的至少一些。
13.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述亲水层包括气体扩散层。
14.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，在各个入口通道中流动的流体传输到紧邻的出口通道中单独的一个出口通道中。
15.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述出口流动通道中的至少两个是彼此紧邻的。
16.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述流动通道中的至少一些布置成连续型式，其中，所述出口流动通道的第一出口流动通道紧邻所述入口流动通道的第一入口流动通道，所述第一入口流动通道紧邻所述入口流动通道的第二入口流动通道，所述第二入口流动通道紧邻所述出口流动通道的第二出口流动通道，所述第二出口流动通道紧邻所述出口流动通道的第三出口流动通道，所述第三出口流动通道紧邻所述入口流动通道的第三入口流动通道，所述第三入口流动通道紧邻所述入口流动通道的第四入口流动通道，所述第四入口流动通道紧邻所述出口流动通道的第四出口流动通道。
17.一种操作燃料电池的方法，所述燃料电池包括具有多个入口流动通道和多个出口流动通道的流场板，所述流动通道布置成使得所述入口流动通道中的至少两个在所述入口流动通道中的所述两个入口流动通道的第一侧上彼此紧邻，所述出口流动通道中的至少一个在所述两个入口流动通道中的各个的相对的第二侧上紧邻所述两个入口流动通道中的各个，所述方法包括以下步骤：
将流体引导到所述多个入口流动通道中；以及
将所述流体从所述入口流动通道中的各个分别传输到所述出口流动通道中单独的一个中。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述流场板附近沿着所述入口流动通道中紧邻的入口流动通道之间的区域引导水分。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
沿着所述出口流动通道中紧邻的出口流动通道之间的区域引导所述流场板附近的水分。
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