CN102163732B - 燃料电池堆离散集管 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池堆离散集管。具体地，一种燃料电池系统包括主体，该主体包括第一局部集管和紧固点。该主体适于联接到多个板，形成燃料电池堆，允许单个板设计用于能量需求差异很大的多个燃料电池堆长度，提供可耐久的燃料电池堆的对准机制，以及提供燃料电池系统的构件和结构的集成灵活性。

Description

燃料电池堆离散集管
技术领域
本公开涉及燃料电池组件，并且更具体地，涉及用于供应到燃料电池堆以及从燃料电池堆移除的反应物和冷却剂的集管歧管。
背景技术
燃料电池系统逐渐作为多种应用中的功率源。已提出使用燃料电池系统作为内燃发动机的替代品用在车辆之类的功率消耗设备中。共有的美国专利申请No.10/418,536中公开了这种系统，该专利申请的全部内容通过引用并入本文。燃料电池还可用作建筑物和住宅中的静态电功率设备，作为摄像机、计算机等的便携功率源。通常，燃料电池产生用于给电池充电或者给电动机提供功率的电力。
燃料电池是将诸如氢的燃料与诸如氧的氧化剂进行结合以产生电力的电化学装置。氧通常由空气流供应。氢和氧结合而形成水。可使用其它燃料，例如天然气、甲醇、汽油和煤制合成燃料。
燃料电池采用的基本过程是有效的、基本无污染的、安静的、没有运动部件（除了空气压缩机、冷却风扇、泵和致动器之外），且可以构造为仅仅剩下热和水作为副产物。根据使用的环境，术语“燃料电池”通常用于指单个电池或多个电池。多个电池通常被绑定在一起并布置为形成电池堆，电池堆具有通常以电串联方式布置的多个电池。因为可以将单个燃料电池组装到变化的长度的堆中，所以系统可设计成产生期望的能量输出水平，为不同的应用提供设计上的灵活性。
堆可能包括多于一百个的单个的双极板，其中连续的板和设置在其之间的膜电极组件（MEA）形成单个的电池。通常，形成在连续的双极板中的孔协作以形成沿燃料电池堆的长度延伸的“集管”。板形成的集管将反应物（诸如氧和氢）以及冷却剂分配到单个的电池中。板形成的集管的第一端密封地设置成抵靠端单元，其中通常设置有喷射器、再循环器、反应物源、加湿器或其它支持系统。板形成的集管的第二端密封地设置成抵靠端板或第二端单元。
双极板包括形成于其上的活性和非活性的区域。电化学反应发生在双极板的活性区域。非活性区域用于在板的部分上引导反应物和冷却剂、提供用于衬垫材料的密封表面、在板上形成孔、以及提供用于板的结构支撑。板上的非活性区域的大的面积导致用于形成单个的电池的衬垫和板的低效率使用。
不同数量的电池的燃料电池堆要求不同量的反应物和冷却剂以适当地操作。可以调整形成于双极板中的孔的大小来优化流至燃料电池堆和从燃料电池堆流出的反应物和冷却剂的流率。具有较大量的电池以及因此具有更长堆长度的堆要求板形成的集管能够承载更多反应物和冷却剂，要求板中的孔更大。结果，特定的板设计被限制在相对窄的堆长度范围内，并且制造商可能被要求支持多种板设计以适应能量需求有很大差异的多种车辆。
燃料电池堆要求连续的板之间的紧密的堆置对准和足够的密封。形成在板上的密封表面和MEA必须适当地对准以形成有效率地操作的燃料电池堆，防止反应物和冷却剂的泄漏以及使连续的板彼此电隔离。
当单个板设计用于形成燃料电池堆时，板形成的集管具有沿着集管长度的一致的横截面形状。对于燃料电池堆而言，一致的横截面形状可能是不合需要的，因为沿着集管的长度可能存在压力差，造成反应物和冷却剂进入单个的电池的流率不同。另外，板形成的集管限制集管进入燃料电池堆的端部来放置构件，诸如例如对燃料电池堆的操作所必需的分配歧管、水分离器和喷射器。
可能希望生产一种用于燃料电池堆的离散的集管，其中，离散集管使板和衬垫材料的使用最小化，允许单个板的设计用于能量需求差异很大的多个堆长度，提供用于燃料电池堆的耐久的对准机构，并且提供燃料电池堆的构件和构造的集成灵活性。
发明内容
已经惊人地发现本发明当前提供的一种用于燃料电池系统的离散集管，该离散集管使板和衬垫材料的使用最小化，允许单个板的设计用于能量需求差异大的多个燃料电池堆长度，提供用于燃料电池堆的耐久的对准机构，并且提供燃料电池系统的构件和构造的集成灵活性。
在第一实施例中，燃料电池系统包括燃料电池板，该燃料电池板包括第一局部集管，以及包括第二局部集管和紧固点的主体，所述紧固点联接到所述板，所述主体的所述紧固点将所述主体固定到所述板上以便在所述第一局部集管和所述第二局部集管之间形成集管。
在另一实施例中，燃料电池系统包括多个燃料电池板，该多个燃料电池板对准以形成燃料电池堆，该堆包括第一局部集管和通道；至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件，膜电极组件设置在燃料电池板之间；包括第二局部集管的离散集管部，以及设置在离散集管部上的紧固点，紧固点沿着离散集管部的长度延伸，紧固点是大致符合通道的形状的突出的隆突，其中，紧固点联接到通道以便由第一局部集管和第二局部集管形成集管。
在又一实施例中，燃料电池系统包括多个燃料电池板，该燃料电池板对准形成燃料电池堆，该堆包括第一局部集管和通道；至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件，该膜电极组件设置在燃料电池板之间；离散集管部，其包括第二局部集管和在沿着离散集管部的长度的中间位置处形成在第二局部集管内的流体入口和流体出口中的一个；设置在离散集管部上的紧固点，该紧固点沿着离散集管部的长度延伸，紧固点是大致符合通道的形状的突出的隆突；以及形成在紧固点中的紧固键槽，紧固键槽沿着离散集管的长度延伸用于容纳集管键，其中，紧固点在集管键插入紧固键槽中时扩张，紧固点邻接通道和设置在多个燃料电池板之间的多个膜电极组件中的一个、将离散集管部固定到堆以便由第一局部集管和第二局部集管形成集管。
本发明还涉及以下技术方案。
1.一种燃料电池系统，包括：
包括第一局部集管的燃料电池板；和
包括第二局部集管和紧固点的主体，所述紧固点联接到所述板，所述主体的所述紧固点将所述主体固定到所述板上以便在所述第一局部集管和所述第二局部集管之间形成集管。
2.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点沿着所述主体的长度延伸。
3.如技术方案2所述的燃料电池系统，其特征在于，密封剂设置在所述第一局部集管和所述第二局部集管之间的所述集管中，所述密封剂防止流体通过所述主体和所述堆的交界面而从所述集管泄漏。
4.如技术方案2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括在沿着所述主体的长度的中间位置处形成在所述第二局部集管中的流体入口和流体出口中的至少一个。
5.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点的形状大致符合由多个板形成的通道的形状，所述多个板对准以形成燃料电池堆。
6.如技术方案5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点是具有形成于其中的紧固键槽的分叉的突出的隆突。
7.如技术方案6所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括设置在所述分叉的突出的隆突中的集管键，当所述集管键插入所述紧固键槽中时，所述分叉的突出的隆突扩张，所述分叉的突出的隆突邻接所述通道和设置在连续板之间的衬垫材料中的一个，将所述主体固定到所述堆。
8.如技术方案5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点是突出的隆突并包括沿着所述突出的隆突的长度延伸的密封脊，所述密封脊邻接所述通道和衬垫材料中的一个，并进入设置在连续板之间的所述衬垫材料中，所述密封脊将所述主体固定到所述堆。
9.如技术方案3所述的燃料电池系统，其特征在于，密封剂设置在邻近所述紧固点的通道中，所述密封剂防止流体通过所述主体和所述堆的交界面而从所述集管泄漏。
10.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点是突出的隆突。
11.如技术方案6所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述突出的隆突和所述主体之间的通道大致对应于形成在所述板中的隆突。
12.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述主体由非导电材料形成。
13.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括形成在所述主体的内壁上的多个液体管理特征。
14.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二局部集管由亲水涂层和疏水涂层中的一种来处理。
15.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述主体的第一端和第二端中的一个包括设置在端盖板和集管板中的一个与所述主体之间的端密封。
16.如技术方案1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述主体包括三个第二局部集管和四个紧固点。
17.一种燃料电池系统，包括：
多个燃料电池板，其对准以形成燃料电池堆，所述堆包括第一局部集管和由所述多个板形成的通道；
至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件，所述膜电极组件中的每一个设置在相邻的燃料电池板之间；
包括第二局部集管的离散集管部；和
设置在所述离散集管部上的紧固点，所述紧固点沿着所述离散集管部的长度延伸，所述紧固点是大致符合所述通道形状的突出的隆突，其中，所述紧固点联接到所述通道以便由所述第一局部集管和所述第二局部集管形成集管。
18.如技术方案17所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述紧固点和所述主体之间的第二通道大致对应于形成在所述板中的隆突。
19.如技术方案17所述的燃料电池系统，其特征在于，所述突出的隆突是分叉的，在其中形成紧固键槽。
20.一种燃料电池系统，包括：
多个燃料电池板，其对准以形成燃料电池堆，所述堆包括第一局部集管和由所述多个板形成的通道；
至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件，所述膜电极组件中的每一个设置在相邻的燃料电池板之间；
离散集管部，所述离散集管部包括第二局部集管和在沿着所述离散集管部的长度的中间位置处形成在所述第二局部集管中的流体入口和流体出口中的一个；
设置在所述离散集管部上的紧固点，所述紧固点沿着所述离散集管部的长度延伸，所述紧固点是大致符合所述通道的形状的突出的隆突；和
形成在所述紧固点中的紧固键槽，所述紧固键槽沿着所述离散集管的长度延伸，用于容纳集管键，其中，当所述集管键插入所述紧固键槽时，所述紧固点扩张，所述紧固点邻接所述通道和设置在所述多个燃料电池板之间的所述多个膜电极组件中的一个，将所述离散集管部固定到所述堆，以由所述第一局部集管和所述第二局部集管形成集管。
附图说明
结合附图进行考虑，本领域技术人员从本发明实施方式的以下详细说明将很容易清楚本发明的上述及其它优点，在附图中：
图1是本领域公知的说明性燃料电池堆的分解立体图；
图2是根据本发明的说明性燃料电池堆的分解立体图；
图3是图2所示的燃料电池堆的放大的局部俯视平面图，从燃料电池堆移去了夹板、第一端密封和第二端密封。
图4是图2所示的燃料电池系统的放大的局部俯视平面图，从燃料电池堆移去了夹板、第一端密封和第二端密封并示出了多个集管键插入多个紧固点中；
图5是根据本公开的另一实施例的离散集管的放大的局部俯视平面图；
图6是图5所示的离散集管的放大的局部俯视平面图，示出为联接到燃料电池堆；
图7是根据本公开的另一实施例的包括离散集管的燃料电池堆的放大的局部俯视平面图；以及
图8是图7所示的包括离散集管的燃料电池堆的放大的局部俯视平面图，包括设置在燃料电池堆和离散集管之间的密封剂。
具体实施方式
以下详细说明和附图描述和图示了本发明的各个实施例。描述和附图用于能够让本领域技术人员制造和使用本发明，且并不以任何方式限制本发明的范围。
图1示出了一种燃料电池堆10，其具有由导电的双极板14而彼此分开的一对膜电极组件12。为简单起见，在图1中仅示出并描述两个电池(即一个双极板)的堆，应理解的是，燃料电池堆10将通常具有更多个电池和双极板。
膜电极组件12和双极板14在一对夹板16、18和一对单极端板20、22之间堆置在一起。夹板16、18通过密封或介电涂层（未图示）与端板20、22电绝缘。单极端板20、双极板14的两个工作面以及单极端板22包括相应的活性区域24、26、28、30。活性区域24、26、28、30通常为流场，用于分别在膜电极组件12的阳极和阴极上分配诸如氢气和空气的气体反应物。
双极板14通常由成形金属板材的传统加工过程例如冲压、机加工、模制或者通过例如光刻掩模的光蚀刻来形成。在一个实施例中，双极板14由之后通过焊接或粘接之类的任何传统工艺接合的单极板形成。还应当理解，双极板14还可由复合材料形成。在一个具体实施例中，双极板14由石墨或石墨填充的聚合物形成。
多个非导电的衬垫32（其可能是膜电极组件12的构件）设置在双极板14和单极端板20、22之间。衬垫32防止燃料电池泄漏并提供燃料电池堆10的板14、20、22之间的电绝缘。透气的扩散介质34与膜电极组件12相邻设置。端板20、22也分别设置在扩散介质34附近，同时双极板14的活性区域26、28也设置在扩散介质34附近。
双极板14、单极端板20、22、和膜电极组件12每个都包括阴极供应孔36和阴极排出孔38、冷却剂供应孔40和冷却剂排出孔42、以及阳极供应孔44和阳极排出孔46。燃料电池堆10的传统供应集管48通过双极板14、单极端板20、22、以及膜电极组件12中相应的孔36、42、46的对准而形成。燃料电池堆10的传统排出集管50通过双极板14、单极端板20、22、以及膜电极组件12中相应的孔38、40、44的对准而形成。经由阳极入口导管52将氢气供应至阳极供应集管。经由阴极入口导管54将空气供应至燃料电池堆10的阴极供应集管。还分别为阳极排出集管和阴极排出集管设置了阳极出口导管56和阴极出口导管58。冷却剂入口导管60被设置用于将液体冷却剂供应至冷却剂供应集管。冷却剂出口导管62被设置用于从冷却剂排出集管移除冷却剂。应理解的是，图1中的各种入口52、54、60和出口56、58、62的构造仅用于说明目的，并且可根据需要选择其它构造。
图2示出了根据本发明的实施例的一种燃料电池堆110，其具有由导电的双极板114而彼此分开的一对膜电极组件112。为简单起见，在图2中仅示出并描述两个电池(即一个双极板)的堆，应理解的是，燃料电池堆110将通常具有更多个电池和双极板。
膜电极组件112和双极板114在一对夹板116、118和一对单极端板120、122之间堆置在一起。夹板116、118通常通过密封或介电涂层（未图示）与端板120、122电绝缘。如图所示，夹板116、118可以是端盖板和集管板中的一个。单极端板120、双极板114的两个工作面以及单极端板122包括相应的活性区域124、126、128、130。活性区域124、126、128、130通常为流场，用于分别在膜电极组件112的阳极和阴极上分配诸如氢气和空气的气体反应物。
双极板114通常由成形金属板材的传统加工过程例如冲压、机加工、模制或者通过例如光刻掩模的光蚀刻来形成。在一个实施方式中，双极板114由之后通过焊接或粘接之类的任何传统工艺接合的单极板形成。还应当理解，双极板114还可由复合材料或其它材料形成。在一个具体实施例中，双极板114由石墨或石墨填充的聚合物形成。
多个非导电的衬垫132（其可能是膜电极组件112的构件）设置在双极板114和单极端板120、122之间。衬垫132防止燃料电池泄漏并提供燃料电池堆10的板114、120、122之间的电绝缘。透气的扩散介质134与膜电极组件112相邻设置。端板120、122也分别设置在扩散介质134附近，同时双极板114的活性区域126、128也设置在扩散介质134附近。
双极板114、单极端板120、122、和膜电极组件112每个都包括阴极供应区域136和阴极排出区域138、冷却剂供应区域140和冷却剂排出区域142、以及阳极供应区域144和阳极排出区域146。燃料电池堆110的第一多个局部第一集管通过双极板114、单极端板120、122、以及膜电极组件112中相应的区域136、142、146的对准而形成。具有第二多个局部第一集管的第一离散的集管部147与双极板114、单极端板120、122和膜电极组件112密封地接合，以形成多个第一集管148。燃料电池堆110的第一多个局部集管通过双极板114、单极端板120、122、以及膜电极组件112中相应的区域138、140、144的对准而形成。具有第二多个局部第一集管的第二离散的集管部149与双极板114、单极端板120、122和膜电极组件112密封地接合，以形成多个第二集管150。经由阳极入口导管152将氢气供应至阳极供应集管。经由阴极入口导管154将空气供应至燃料电池堆110的阴极供应集管。还分别为阳极排出集管和阴极排出集管设置了阳极出口导管156和阴极出口导管158。冷却剂入口导管160与离散的集管部147流体连通，用于将液体冷却剂供应至冷却剂供应集管。冷却剂出口导管162与离散的集管部149流体连通，用于将冷却剂从冷却剂排出集管移除。应理解的是，图2中的各种入口152、154、160和出口156、158、162的构造仅用于说明目的，并且可根据需要选择其它构造。例如，冷却剂入口导管160和冷却剂出口导管162可以形成在夹板116、118上。
必须在离散的集管部147、149和夹板116、118之间提供充分的密封。多个端密封163设置在离散集管部147、149的第一端和第二端。端密封163设置在离散的集管部147、149和其中一个夹板116、118之间。端密封163可以设置在形成于夹板116、118中对应于端密封163的形状的凹部（未示出）以及形成于离散的集管部147、149的第一端和第二端中的凹部的一个中。或者，凹部（未示出）可形成于对应于离散的集管部147、149的第一端和第二端中的一个的端密封163中，离散的集管部147、149的第一端和第二端中的一个设置在形成于端密封163的凹部中。
还必须在离散的集管部147、149和板114、120、122之间提供充分的密封。离散集管部147、149和板114、120、122之间的密封防止反应物和冷却剂的混合。另外，离散集管部147、149和板114、120、122之间的密封防止反应物和冷却剂从燃料电池堆110泄漏。
图3描述了离散集管部147的第一实施例。离散集管部147包括整体式的主体168。离散集管部147包括局部集管170和紧固点172。离散集管部147包括三个局部集管170和四个紧固点172。在图3中仅示出了两个局部集管170和三个紧固点172。离散集管部147通常由非导电材料例如塑料和塑料复合物来形成。离散集管部147可由任何传统的工艺例如模制工艺和机加工工艺来制造。
所示出的局部集管170的横截面是大致半圆形，沿离散集管部147的长度延伸。也可以使用其它的弧形、矩形、有角度的形状或其组合。局部集管170的形状也可以沿着离散集管部147的长度变化。局部集管170可以形成为在离散集管部147的长度上增加或降低供应集管和排出集管的横截面面积。多个液体管理特征171设置在局部集管170的内壁上以防止液体保持在供应集管和排出集管中。液体管理特征171可以与局部集管170一体地形成、与局部集管170分开地形成并联接到其上，或通过二次操作而形成在局部集管170上。还可以将亲水涂层和疏水涂层中的一种施加到局部集管170上以有利于供应集管和排出集管中的一个中的液体管理。如所示，离散集管部170在沿着离散集管部147的长度的中间位置处包括一体地形成于其中的冷却剂入口导管160。应该理解，图2中所示的冷却剂入口导管160的结构是用于说明目的，可以根据需要选择形成于离散集管部147、149的导管152、154、156、158、160和162的其它结构。
离散集管部147、149和板114、120、122的交界面由形成于离散集管部147、149上的紧固点172和形成于板114、120、122中的紧固通道173形成。紧固点172沿着离散集管的长度延伸并滑动地接合紧固通道173以便将离散集管部147固定到燃料电池堆110。板局部集管174形成为与紧固通道173相邻。板局部集管174包括板114、120、122的入口和出口中的一个，这些入口和出口与活性区域124、126、128、130中的一个以及双极板114的内腔流体连通。如所示，四个紧固通道173位于板局部集管174之间并且在板局部集管174的各侧上，但可以根据需要来选择紧固通道173和板局部集管174的任何结构。
如所示，紧固点172与离散集管部147一体地形成。或者，紧固点172可以与离散集管部147分开地形成并联接到离散集管部147。包括紧固点172的离散集管部147滑动地设置在燃料电池堆110的紧固通道173中。如所示，紧固点172可以是基本上对应于紧固通道173的形状的分叉的突出的矩形隆突，但也可以使用任何其它形状。由紧固点172中的分叉形成紧固键槽176，紧固键槽176沿着离散集管部147的长度延伸。所示出的紧固键槽176在形状上是大致矩形并具有开放侧以允许紧固点172的扩展，但也可以使用任何形状。紧固点172包括至少一个保持凹口177。如所示，紧固点172包括形成于其中的两个保持凹口177。保持凹口177是矩形形状并形成于紧固点172的相对侧上，但也可以使用保持凹口177的其它形状和布置。
紧固通道173由形成于板114、120、122中的多个板槽的对准形成。紧固通道173是矩形形状并大致对应于紧固点172的形状。板槽各包括至少一个保持隆突178。如所示，各板槽包括具有矩形形状并大致对应于形成于紧固点172中的保持凹口177的形状的保持隆突178，但也可以使用保持隆突178的其它形状和布置。
图4描述了图3中所示的离散集管部147，其具有设置在紧固键槽176中的集管键180。紧固键槽176的宽度小于集管键180的宽度。在其上可以形成集管键180的锥形或倒角的端部以有利于集管键180插入紧固键槽176。集管键180插入紧固键槽176造成紧固键槽176的宽度增加，直到紧固点172的分叉接触紧固通道173，从而将离散集管部147固定到板114、120、122。通过集管键180的插入而固定到板114、120、122的离散集管部147防止了离散集管部147沿离散集管部147的长度相对于板114、120、122的移动。
插入紧固键槽176的集管键180还形成了在离散集管部147和板114、120、122之间的密封。设置在板114、120、122之间的MEA112（未示出）成形为允许MEA112的一部分进入紧固通道173。当集管键180插入紧固通道173时，扩展的紧固点172压MEA112进入紧固通道173的部分，在离散集管部147和板114、120、122之间形成密封。
图5和图6示出了类似于图2、3和4所示的实施例的本发明的另一实施例。关于图2、3和4中描述的类似结构的附图标记以带有符号撇（′）在图5和6中重复。
所示的离散集管部147'包括具有多个密封脊190的紧固点172'。紧固点172'滑动地接合紧固通道173'以便将离散集管部147'固定到燃料电池堆110'。紧固点172'与离散集管部147'一体地形成。或者，紧固点172'可以与离散集管部147'分开地形成并联接到离散集管部147'。如所示，紧固点172'是大致对应于紧固通道173'的形状的突出的矩形隆突。紧固点172'包括密封脊190。如图5和6所示，四个密封脊190形成于各紧固点172'上，但也可以使用任何数量的密封脊190。密封脊190是三角形的并且与紧固点172'一体地形成。或者，密封脊190可以与紧固点172'分开地形成并联接到紧固点172'。
图6示出了图5所示的离散集管部147'的紧固点172'插入紧固通道173'。具有多个密封脊190的紧固点172'具有大致对应于紧固通道173'的宽度的宽度。离散集管部147'的插入在离散集管部147'和板114'、120'、122'之间形成密封。设置在板114'、120'、122'之间的MEA112'成形为允许MEA112'的一部分进入紧固通道173'。如所示，当紧固点172'插入紧固通道173'时，密封脊190'压MEA112'的进入紧固通道173'的部分，在离散集管部147'和板114'、120'、122'之间形成密封。或者，密封脊190可进入MEA112'的进入紧固通道173'的部分，在离散集管部147'和板114'、120'、122'之间形成密封。密封脊190和MEA112'的进入紧固通道的部分之间的摩擦力防止离散集管部147'相对于板114'、120'、122'沿着离散集管部147'的长度移动。
图7和图8示出了类似于图2、3和4所示的实施例的本发明的另一实施例。关于图2、3和4中描述的类似结构的附图标记以带有符号两撇（''）在图7和8中重复。
图7中示出的离散集管部147''包括紧固点172''。紧固点172''滑动地接合紧固通道173''以便将离散集管部147''固定到燃料电池堆110''。紧固点172''是大致“T”形，并且与离散集管部147''一体地形成。或者，紧固点172''可以与离散集管部147''分开地形成并联接到离散集管部147''。可以使用其它形状，例如，圆形、三角形或分叉形。如所示，紧固点172''对应于紧固通道173''的至少一部分并包括至少一个紧固凸缘200。如所示，两个紧固凸缘200形成紧固点172''的一部分，其具有比紧固通道173''的至少一部分更大的宽度。密封剂腔202对应于紧固通道173''没有被紧固点172''所占据的部分。
图8示出了密封剂腔202，其具有设置在其中的密封剂204。密封剂204在离散集管部147''的紧固点172''和板114''、120''、122''之间形成密封。可以使用不溶于燃料电池堆110''中所使用的反应物和冷却剂之一的任何介电密封剂。密封剂204通过例如喷射工艺、封装工艺或其它工艺而设置在密封剂腔202中。在合适的固化时间之后，密封剂204固化，将离散集管部147''固定到板114''、120''、122''上。如所示，密封剂204还以珠的形式施加到局部集管170''和板局部集管174''之间。珠沿着离散集管部147''的长度施加。密封剂204防止反应物和冷却剂的混合。另外，密封剂204防止反应物和冷却剂通过离散集管部147''和板114''、120''、122''的交界面而从供应集管和排出集管中的一个泄漏。
使用中，用于燃料电池堆110、110'、110''的离散集管部147、147'、147''最小化了用于形成燃料电池板114、120、120'、120''、122和MEA112、112'的衬垫部的材料的量。用于形成燃料电池板114、120、120'、120''、122和MEA112、112'的衬垫部的材料得到减少，因为燃料电池板114、120、120'、120''、122和MEA112、112'不围绕包括离散集管部147,147',147'',149的燃料电池堆110,110',110''的供应集管和排出集管中的一个。与离散集管部147,147',147'',149一起使用的燃料电池板114,120,120',120'',122需要板局部集管174,174',174''和板槽（其一起形成紧固通道173,173',173''），将燃料电池堆110,110',110''的操作所需要的燃料电池板114,120,120',120'',122和多个密封表面上的非活性区域的量最小化。包括离散集管部147,147',147'',149的燃料电池堆110,110',110''所需的多个密封表面限制为珠密封，其包围各燃料电池的活性区域124,126,128,130和位于离散集管部147,147',147'',149和紧固通道173,173',173''之间的交界面。因为将所需的多个密封表面最小化，所以提高了燃料电池堆110,110',110''的可靠性和成本效率。
包括离散集管部147,147',147''的燃料电池堆110,110',110''增加了结合了燃料电池堆110,110',110''的燃料电池系统的设计灵活性。可以生产具有不同燃料电池堆长度的燃料电池系统来获得所需的功率要求。取决于燃料电池堆的长度，燃料电池系统所需的燃料量和冷却需求会有很大变化。包括离散集管部147,147',147'',149的燃料电池堆110,110',110''允许燃料电池板114,120,120',120'',122和MEA112,112'用于具有不同燃料电池堆长度的燃料电池系统。作为非限制性示例，包括300个燃料电池的燃料电池堆可具有横截面积比包括200个燃料电池的燃料电池堆大大约50%的供应集管和排出集管（离散集管带有增加尺寸的局部集管170,170',170''），其中，包括300个燃料电池的燃料电池堆和包括200个燃料电池的燃料电池堆都使用常见的燃料电池板和常见的MEA。包括离散集管部147,147',147''，149的燃料电池堆110,110',110''提高了燃料电池板114,120，120',120''，122的适当的和持续的对准。在燃料电池堆110,110',110''的组装期间，使用组件固定器或引导器来将形成燃料电池堆110,110',110''的燃料电池板114,120,120',120'',122和MEA112,112'对准。然后，根据图2-4、图5-6和图7-8中所示的本发明的实施例中的一个将离散集管部147,147',147'',149固定到燃料电池板114,120,120',120'',122。离散集管部147,147',147'',149防止燃料电池板114,120,120',120'',122和MEA112,112'中的一个相对于离散集管部147,147',147'',149的运动。离散集管部147,147',147'',149的紧固点172,172',172''保持与燃料电池板114,120,120',120'',122和MEA112,112'中的每一个接触以稳定燃料电池堆110,110',110''。被离散集管部147,147',147'',149稳定的燃料电池堆110,110',110''防止燃料电池堆110,110',110''的位移可能造成的反应物和冷却剂的泄漏。另外，被离散集管部147,147',147'',149稳定的燃料电池堆110,110',110''防止燃料电池堆110,110',110''的位移可能造成的电短路。
局部集管170,170',170''的尺寸可以沿着离散集管部147,147',147'',149的长度改变，以控制供应集管和排出集管的横截面积和体积。沿着离散集管部147,147',147'',149的长度改变的供应集管和排出集管的横截面积允许沿着供应集管和排出集管的长度存在的压力差被最小化，从而在沿着供应集管和排出集管的长度上的任何点处提供流入和流出燃料电池的反应物和冷却剂的基本相等的流率。另外，入口导管152,154,160,160',160''、出口导管156,158,162或其它设备可以结合到离散集管部147,147',147'',149以简化包括离散集管部147,147',147'',149的燃料电池系统的操作。如图2-8所示，冷却剂入口导管160,160',160''与离散集管部147,147',147''一体地形成，从而不需要形成在夹板118中的入口导管。结合到离散集管部147,147',147'',149中的供应入口导管152,154,160,160',160''、出口导管156,158,162或其它设备允许燃料电池堆110,110',110''的更大的设计灵活度，并使可能发生在结合有供应入口导管152,154,160,160',160''、出口导管156,158,162或其它设备的终端单元中的“拥挤”最小化。作为非限制性示例，离散集管部147,147',147'',149可包括与离散集管部147,147',147'',149一体地形成的喷射器，其中喷射器与设置在燃料电池系统的终端单元中的注入器流体连通。
尽管为了解释本发明的目的已经示出了某些代表性实施例和细节，但本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离进一步由在后面的所附权利要求中描述的本发明的范围的情况下可作出各种改变。

Claims (19)

1.一种燃料电池系统，包括：
包括第一局部集管的燃料电池板；和
包括第二局部集管和紧固点的主体，所述紧固点联接到所述板，所述主体的所述紧固点将所述主体固定到所述板上以便在所述第一局部集管和所述第二局部集管之间形成集管，其中所述紧固点是突出的隆突。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点沿着所述主体的长度延伸。
3.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，密封剂设置在所述第一局部集管和所述第二局部集管之间的所述集管中，所述密封剂防止流体通过所述主体和所述板的交界面而从所述集管泄漏。
4.如权利要求2所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括在沿着所述主体的长度的中间位置处形成在所述第二局部集管中的流体入口和流体出口中的至少一个。
5.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点的形状大致符合由多个板形成的通道的形状，所述多个板对准以形成燃料电池堆。
6.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点是具有形成于其中的紧固键槽的分叉的突出的隆突。
7.如权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括设置在所述分叉的突出的隆突中的集管键，当所述集管键插入所述紧固键槽中时，所述分叉的突出的隆突扩张，所述分叉的突出的隆突邻接所述通道和设置在连续板之间的衬垫材料中的一个，将所述主体固定到所述堆。
8.如权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，所述紧固点是突出的隆突并包括沿着所述突出的隆突的长度延伸的密封脊，所述密封脊邻接所述通道和衬垫材料中的一个，并进入设置在连续板之间的所述衬垫材料中，所述密封脊将所述主体固定到所述堆。
9.如权利要求3所述的燃料电池系统，其特征在于，密封剂设置在邻近所述紧固点的通道中，所述密封剂防止流体通过所述主体和所述板的交界面而从所述集管泄漏。
10.如权利要求6所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述突出的隆突和所述主体之间的通道大致对应于形成在所述板中的隆突。
11.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述主体由非导电材料形成。
12.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括形成在所述主体的内壁上的多个液体管理特征。
13.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述第二局部集管由亲水涂层和疏水涂层中的一种来处理。
14.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述主体的第一端和第二端中的一个包括设置在端盖板和集管板中的一个与所述主体之间的端密封。
15.如权利要求1所述的燃料电池系统，其特征在于，所述主体包括三个第二局部集管和四个紧固点。
16.一种燃料电池系统，包括：
多个燃料电池板，其对准以形成燃料电池堆，所述堆包括第一局部集管和由所述多个板形成的通道；
至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件，所述膜电极组件中的每一个设置在相邻的燃料电池板之间；
包括第二局部集管的离散集管部；和
设置在所述离散集管部上的紧固点，所述紧固点沿着所述离散集管部的长度延伸，所述紧固点是大致符合所述通道形状的突出的隆突，其中，所述紧固点联接到所述通道以便由所述第一局部集管和所述第二局部集管形成集管。
17.如权利要求16所述的燃料电池系统，其特征在于，在所述紧固点和所述离散集管部之间的第二通道大致对应于形成在所述板中的隆突。
18.如权利要求16所述的燃料电池系统，其特征在于，所述突出的隆突是分叉的，在其中形成紧固键槽。
19.一种燃料电池系统，包括：
多个燃料电池板，其对准以形成燃料电池堆，所述堆包括第一局部集管和由所述多个板形成的通道；
至少部分地由衬垫材料形成的多个膜电极组件，所述膜电极组件中的每一个设置在相邻的燃料电池板之间；
离散集管部，所述离散集管部包括第二局部集管和在沿着所述离散集管部的长度的中间位置处形成在所述第二局部集管中的流体入口和流体出口中的一个；
设置在所述离散集管部上的紧固点，所述紧固点沿着所述离散集管部的长度延伸，所述紧固点是大致符合所述通道的形状的突出的隆突；和
形成在所述紧固点中的紧固键槽，所述紧固键槽沿着所述离散集管的长度延伸，用于容纳集管键，其中，当所述集管键插入所述紧固键槽时，所述紧固点扩张，所述紧固点邻接所述通道和设置在所述多个燃料电池板之间的所述多个膜电极组件中的一个，将所述离散集管部固定到所述堆，以由所述第一局部集管和所述第二局部集管形成集管。
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