CN1819317A - 燃料电池的电池堆及具有该电池堆的燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃料电池的电池堆，其包括至少一个具有膜电极组件和设置在膜电极组件两侧的隔板的发电体。在至少隔板之一的一表面上设置多条共用通路，以使氧和冷却剂通过。在共用通路的入口上形成导引部分以引导氧和冷却剂进入共用通路。本发明还公开了具有这种电池堆的燃料电池系统。本发明通过将氧和冷却剂提供给共用通路或将冷却剂提供给单独的冷却通路来散发电池堆产生的热量，并设置导引部分以将冷却剂流畅地引进共用通路和冷却通路，因此可提高整个电池堆的冷却效率和容量。

Description

燃料电池的电池堆及具有该 电池堆的燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种燃料电池，尤其涉及用于燃料电池的电池堆(stack)。
背景技术
通常，燃料电池是通过作为燃料的如甲醇、乙醇和天然气之类的烃基材料中包含的氢与空气中的氧之间的电化学反应将化学能直接转换成电能的电力系统。具体而言，燃料电池的特征在于它不进行燃烧过程而能够同时利用由燃料气体和氧化剂气体的电化学反应所产生的电能和伴随产生的热能。
根据所使用的电解质类型燃料电池分为在150～200℃下工作的磷酸型燃料电池、在600～700℃下工作的熔融碳酸盐型燃料电池、在1000℃或更高温度下工作的固体氧化物燃料电池、在室温或100℃或更低温度下工作的聚合物电解质燃料电池和碱性燃料电池。各种燃料电池的工作原理基本相同，但燃料的种类、工作温度、催化剂和电解质不同。
近年来，在这些燃料电池之中，开发出了聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)，其具有极好的输出特性、较低的工作温度、快速启动和响应时间短的特性。PEMFC可广泛用于汽车的移动式电源、住宅或公共建筑物的分配电源和电子设备的小型电源。
PEMFC具有称为电池堆的燃料电池体(此后称作电池堆)、燃料箱和用于从燃料箱向电池堆供应燃料的燃料泵的基本系统结构。PEMFC还可包括重整器，其用于在从燃料箱向电池堆供应燃料时，对燃料进行重整，以产生氢并将氢供给电池堆。
采用具有所述结构的PEMFC，由于燃料泵的泵供压力，将储存在燃料箱中的燃料供应给重整器且重整器对燃料进行重整，以产生氢。电池堆使氢和氧发生电化学反应，由此产生电能。
同时，燃料电池可以采用直接将液态甲醇燃料提供给电池堆的直接甲醇燃料电池(DMFC)型式。与PEMFC不同，DMFC没有重整器。
就燃料电池系统而言，实际产生电能的电池堆具有由几个到十几个以膜电极组件(MEA)和双极板(此后称作隔板)为基础的单元电池层叠的结构。
由于电池堆运行将在其中产生热量，使MEA的运行功率(performancecapacity)降低，严重时电池堆将受到损耗从而导致使整个燃料电池系统严重损坏。
就此而论，需在燃料电池系统中设置空气或水冷却器，以不断发散在电池堆工作期间所产生的热量。
例如，可以进行空气冷却，使冷却空气通过形成于叠堆电池(stackcells)之间的通路而进行通风，以发散电池堆产生的热量。
然而，采用传统结构冷却空气不能顺畅地流过通路而进行通风，几乎大部分冷却空气甚至不能流入通路的入口。因此，冷却空气扩散到通路的外面，导致电池堆的冷却效率降低。
而且，采用传统结构将燃料供应到通过电池隔板形成的通路时，燃料不能顺利地进入通路的入口。因此，不能给电池堆提供所需的燃料量，导致电池堆的功率下降。
众所周知，这些现象是因为在通路入口侧处形成了阻止换气的冷却空气或燃料的加压阻力而引起的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有改进的通路结构以使冷却剂、氧、或燃料顺畅流过的燃料电池电池堆，以及具有这种电池堆的燃料电池系统。
通过具有下述特征的燃料电池电池堆和基于该电池堆的燃料电池系统可以实现这个和其它目的。
根据本发明一方面，燃料电池电池堆包括通过氢和氧的反应产生电能的发电体。发电体通过单一的一条通路接收氧和冷却剂，该通路包括具有截面面积的入口和具有截面面积的出口，其中入口的截面面积大于出口的截面面积。
氧和冷却剂可由空气形成。
根据本发明另一方面，燃料电池电池堆包括具有膜电极组件和设置在膜电极组件两侧的隔板的发电体。发电体具有多条设置在至少隔板之一的一表面上、用于通过氧和冷却剂的共用通路，和形成在每一共用通路的入口处、用于将氧和冷却剂导入每一共用通路的导引部分。
氧和冷却剂可由空气形成。
每一共用通路可以形成在隔板的表面上，并以沟道的形式与膜电极组件接触。
共用通路可以从隔板的一端延续到隔板的相对端。
导引部分可以具有形成在入口处的倾斜部分。
根据本发明再一方面，燃料电池电池堆包括多个发电体、形成在相邻发电体之间用来使冷却剂流过的冷却通路、和形成在冷却通路入口处用来将冷却剂导入冷却通路的导引部分。
发电体可以具有膜电极组件和设置在膜电极组件两侧的隔板。可以在隔板处形成冷却通路。
可以通过使形成于隔板表面上的沟道与形成于相邻隔板表面上的沟道相结合并与前一隔板接触来形成冷却通路。
可以在设置于发电体之间的冷却板上形成冷却通路，使得冷却通路穿过冷却板。
根据本发明又一方面，用于燃料电池的发电体组件包括具有膜电极组件和设置于膜电极组件两侧的隔板的发电体。发电体具有形成于至少隔板之一的一表面上使燃料流过的燃料通路，和形成在燃料通路的入口处以引导燃料进入燃料通路的导引部分。
可以通过使与入口连接的隔板部分倾斜来形成导引部分。
根据本发明的另一方面，燃料电池系统包括电池堆、向电池堆供应燃料的燃料供应部分和氧供应部分。电池堆具有带膜电极组件的发电体、设置于膜电极组件两侧的隔板、设置在至少隔板之一的一表面处使氧和冷却剂流过的多条共用通路、以及形成于每一共用通路入口处用于将氧和冷却剂引入每一共用通路的导引部分。氧供应部分将氧提供给每一共用通路。
根据本发明再一方面，燃料电池系统包括：具有多个发电体的电池堆；用于向电池堆供应燃料的燃料供应部分；用于向电池堆供应氧的氧供应部分；及用于向电池堆供应冷却剂的冷却剂供应部分。电池堆具有形成于发电体之间使冷却剂通过的冷却通路以及形成在冷却通路的入口处将冷却剂导入冷却通路的导引部分。
根据本发明又一方面，燃料电池系统包括发电体组件和向发电体组件提供燃料的燃料供应部分。
附图说明
通过参照附图对优选实施方式进行详细描述，本发明的上述和其它优点将变得更加显而易见。
图1是本发明一实施方式的燃料电池系统的示意图；
图2是本发明一实施方式的燃料电池电池堆的分解透视图；
图3是图2所示的电池堆隔板的截面图；
图4是图2所示的电池堆的组合截面图；
图5是用于图2所示的电池堆的隔板通路的前视图；
图6是本发明另一实施方式的燃料电池系统示意图；
图7是本发明又一实施方式的燃料电池系统示意图；
图8是本发明再一实施方式的电池堆的分解透视图；
图9是图8所示的电池堆的组合截面图；
图10是用于图8所示的电池堆的隔板的冷却通路前视图；
图11是本发明另一实施方式的电池堆的分解透视图；
图12是用于图11所示的电池堆的冷却板的冷却通路前视图；
图13是本发明又一实施方式的燃料电池系统的示意图；
图14是图13所示的燃料电池系统隔板的透视图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的优选实施方式。显然，本发明可以有多种不同的实施方式，而不限于所示出的这些实施方式。
图1是本发明一实施方式的燃料电池系统示意图。
如图1所示，燃料电池系统100基于聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)结构，其中，通过对燃料进行重整获得氢，通过氢和氧化气体的电化学反应产生电能。
就燃料电池系统100而言，总体来说，燃料是指如甲醇、乙醇和天然气之类的含氢液体或气体燃料和通过重整燃料得到的氢。在本实施方式中所说明的燃料为液体燃料。
就系统100而论，可以使用存贮在单独的存储装置中的氧或含氧的空气作为与氢发生反应的氧化气体。在此实施方式中，燃料电池系统100中使用含氧空气作为氧化气体。
本实施方式的燃料电池系统100主要包括多个用于使氢和氧反应产生电能的发电体11、用于由燃料产生氢气并将氢气供应给发电体11的燃料供应部分30、和用于将空气供应给发电体11的氧供应部分50。
发电体11是最小的燃料电池形式，其与燃料供应部分30和氧供应部分50连接，以接收来自燃料供应部分30的氢气和来自氧供应部分50的空气，并使氢与空气中的氧发生电化学反应产生电能。
在此实施方式中，多个最小发电体11连续设置并彼此组装而形成电池堆10。
工作时，电池堆10通过氧供应部分50提供的空气发散发电体11中产生的热量。
燃料供应部分30包括用于存储液体燃料的燃料箱31；与燃料箱31连接、以从燃料箱31中排出燃料的燃料泵33；和设置在燃料泵33和电池堆10之间的重整器35，以接收来自燃料箱31的燃料并从燃料中产生含氢的重整气体。重整器35将重整气体提供给发电体11。
优选利用燃料供应部分30使重整器35通过基于热源的重整催化剂的反应例如蒸汽重整、部分氧化和磁热反应由燃料产生重整气。重整器35优选通过催化反应例如水气转移和优选氧化方式或用隔离膜纯化氢(hydrogen purification)的方式来降低重整气中一氧化碳的浓度。重整器35由普通的PEMFC型重整器结构形成，因此，在此省略对其的详细说明。
氧供应部分50与电池堆10连接，其具有用预定旋转力吸入空气并将空气供应给发电体11的风扇51。风扇51优选安装在完全包围电池堆10的外壳(见图4中附图标记17)上，以使空气在电池堆10的整个区域中扩散。
本实施方式的燃料电池系统100除了用于氧供应部分50的单独结构之外，没有设置用于冷却电池堆10的单独结构。由氧供应部分50提供的空气一部分被用于发电体11的电化学反应，一部分被用于冷却电池堆10以发散发电体11产生的热。下面将对后者作进一步解释。
当氢气由燃料供应部分30供应给发电体11和空气由氧供应部分50供应到发电体时，用空气发散发电体11中产生的热量，同时，发电体11使重整气中的氢和空气中的氧发生电化学反应，由此产生电能、水和热量。
当然，若将本发明的燃料电池系统100形成为将液体燃料直接提供给电池堆而产生电能的DMFC型式，与PEMFC型不同的是其结构中没有重整器。现在以本发明实施方式的具有重整器35的PEMFC型燃料电池系统作为实例进行说明，当然本发明不限于此。
此时，参见附图对电池堆10进行说明。
图2是本发明一实施方式的带有隔板的燃料电池电池堆的分解透视图，图3是图2所示的隔板的截面图，图4是图2所示的电池堆的组合截面图。
如这些附图所示，由多个彼此连续贴合的发电体11形成本实施方式的电池堆10。各发电体11都具有膜电极组件(此后称为“MEA”)12和紧密贴合在MEA12两侧的隔板15。
MEA12具有设于其两侧带有包含氢和氧气发生电化学反应的预定面积的活性区域的阳极、阴极、和设置在两电极之间的电解质膜。
阳极具有用于将来自于重整器35中的重整气体分离为氢离子(质子)和电子的催化剂层、和顺畅地传送电子和重整气体的气体扩散层。
阴极具有用于将由阳极传送来的氢离子和电子与通过风扇51的运转提供的空气中的氧发生反应产生具有预定温度的热量和水的催化剂层、和用于顺畅地传送氧的气体扩散层。
电解质膜实现离子交换，将阳极产生的氢离子传送到阴极。
紧密贴合在MEA12两侧上的隔板15既起串联连接MEA12的阳极和阴极的导体的作用，又起使MEA12的氧化反应和还原反应所需要的氢和氧流到阳极和阴极的通路的作用。
因此，在隔板15的一侧表面上形成有使氢通过的氢通路13a。
在隔板15的相对侧表面上形成有空气通路14a，以使MEA12的氧化反应和还原反应所需要的空气和用于发散在电池堆10运行产生电能的过程中各发电体11产生的热量的冷却空气通过。
在该实施方式中，通过将具有空气通路14a的隔板14和具有用于将氢传送到相邻发电体11的氢通路13a的隔板13组合而形成隔板15。为了说明方便起见，用于氢通过的隔板称作第一隔板13，用于空气通过的隔板称作第二隔板14。
在第一和第二隔板13和14的一侧表面上形成氢通路13a和空气通路14a，隔板13和14的没有通路的表面彼此紧密贴合形成隔板15。
因为各隔板13和14在其一侧表面上仅有氢通路13a或氧通路14a，所以不需要在各隔板13和14上形成冷却沟道。而且，因为冷却空气和还原空气可以在第一和第二隔板13和14之间没有设置单独的冷却板的情况下流过空气通路14a，所以隔板可以具有提供合理刚度的最薄厚度。
因此，当具有第一和第二隔板13和14以及MEA12的多个发电体11连续而紧密地彼此贴合形成电池堆10时，具有空气通路14a的第二隔板14直接与MEA12接触，从而将来自于氧供应部分50的空气提供给MEA12的阴极，同时当空气通过空气通路14a时对发电体11进行冷却。
于是，除空气通路14a之外，不需要在隔板15上单独形成用于提供冷却空气的沟道或冷却板，因此可使发电体11的厚度以及整个电池堆10的厚度最小。
现在对第二隔板14的空气通路14a进行详细说明。
在与MEA12接触的第二隔板14的表面上开槽形成空气通路14a，因此其具有以预定距离彼此分隔的部分。空气通路14a的这些部分从第二隔板14的一侧端直线延续到其相对侧端。
空气通路14a接触MEA12，使其两端与电池堆10的外侧连通。因此，如图5所示，空气通路14a的一侧端部形成空气入口A，其相对侧端部形成空气出口B。在入口A和出口B之间形成直线路径C，使得它们连通。
因此，通过入口A输入的空气沿直线路径C流动，一部分参与MEA12的还原反应，一部分在通过出口B输出时将发电体11产生的热发散到电池堆10的外侧。空气通路14a的截面形成为矩形结构，或形成为其他形状如半圆形和梯形形状。
就本实施方式的电池堆10而言，如上所述构成的发电体11具有空气通路14a的入口A的截面面积大于其出口B的截面面积的结构。这使由氧供应部分50供应的空气能顺畅地通过入口A进入直线路径C，并提高了发电体11的冷却能力，也提高了氢和氧的反应效率。
出于这一目的，发电体11具有将氧供应部分50提供的空气顺畅地引导到空气通路14a的直线路径C的导引部分19。
明确地说，导引部分19具有形成在第二隔板14的一侧端部处围绕其入口A的倾斜部分19a，该倾斜部分朝向空气通路14a的直线路径C倾斜而使入口截面积逐渐减小。考虑到空气通路14a的截面结构为矩形，因此，倾斜部分19a朝向直线路径C的内壁倾斜。也就是说，由于导引部分19，空气通路14a的入口A具有朝向直线路径C逐渐减小的截面面积，因此，入口A的截面面积比出口B的截面面积大。
据此，随着本实施方式的电池堆10的运行，当由氧供应部分50提供的空气供应给电池堆10时，导引部分19引导空气，使其通过空气通路14a的入口A顺畅地流入直线路径C中。
空气通过空气通路14a被供应给MEA12的同时，使发电体11冷却。
如上所述，就本实施方式的结构而言，由于导引部分19使空气能顺畅地流过空气通路14a，因此提高了发电体11的冷却效率，并且大大提高了流过空气通路14a的空气的压力，因此，提高了MEA12的反应效率。
图6是本发明另一实施方式的燃料电池系统框图，它示意地示出了系统的整体结构。对图6中与图1中用相同附图标记表示的相同结构部件不再赘述。
如图6所示，本实施方式的燃料电池系统包括：电池堆10，其具有连续设置的基于氢和氧的电化学反应而产生电能的发电体11；用于将氢供应给发电体11的燃料供应部分30；和用于将冷却剂空气提供给发电体11的冷却剂供应部分70。
就本实施方式的系统而言，由冷却剂供应部分70提供的冷却剂空气部分地参与发电体11的电化学反应，因此，不需要单独设置空气供应部分。也就是说，系统200具有冷却剂供应部分70而不包括前述实施方式中提到的空气供应部分，于是，氧和冷却剂可以通过冷却剂供应部分70提供。
冷却剂供应部分70具有用于将冷却剂提供给具有与前述实施方式相同的结构的发电体11的冷却风扇71，冷却风扇71与电池堆10连接，以将冷却剂提供给电池堆10。冷却剂还起到将氧供应给发电体11的作用，在此实施方式中，用自然界的空气作为冷却剂。
图7是本发明又一实施方式的燃料电池系统的示意性框图。
与前述实施方式涉及的系统不同，就图7所示的实施方式的燃料电池系统300而言，将氢和空气提供给电池堆116，从而通过氢和空气中氧的电化学反应产生电能，借助于以单独的方式向电池堆116提供的空气来发散由电池堆116产生的热量。
出于这一目的，燃料电池系统300包括基于氢气和氧气的电化学反应而产生电能的电池堆116、用于从液体燃料中产生氢并将氢提供给电池堆116的燃料供应部分110、用于将氧供应给电池堆116的氧供应部分112、和用于将冷却空气供应给电池堆116以发散电池堆116中产生的热量的冷却剂供应部分114。
电池堆116与燃料供应部分110和氧供应部分112连接，以便接收来自燃料供应部分110中的氢和来自氧供应部分112中的空气，并且通过氢与空气中氧的电化学反应产生电能。
与前述实施方式的结构相同，燃料供应部分110包括：用于存储液体燃料的燃料箱122；用于以预定泵压将存储在燃料箱122中的液体燃料排出的燃料泵124；和用于对来自燃料箱122的燃料进行重整、产生含氢重整气体并将重整气体提供给电池堆116的重整器118。燃料供应部分110的结构与前述实施方式提到的燃料供应部分的结构相同，因此，省略对其的详细说明。
在该实施方式中，氧供应部分112具有用于以预定泵压吸入空气并将空气提供给电池堆116的常规结构的空气泵126。冷却剂供应部分114被构成为可将冷却剂、即从大自然中获得的温度低于电池堆116内部温度的冷却空气提供给电池堆116。
冷却剂供应部分114具有用于以预定旋转力吸入空气并将空气提供给电池堆116的风扇128。风扇128安装在完全包围电池堆116的外壳(参见图9中附图标记117)上，以使空气在电池堆116的整个区域中扩散。
图8是图7所示电池堆116分解透视图，图9是图8所示电池堆116的组合截面图。
如这些附图所示，本实施方式的电池堆116具有由多个发电体130组装在一起、每一发电体具有MEA132和紧密贴合在MEA132两侧上的隔板134的结构，以产生电能。
在此实施方式中，紧密贴合于MEA132的隔板134将氢和空气提供给MEA132的阳极和阴极。
在各隔板134上形成有用于将氢气提供给MEA132的阳极的氢通路136和用于将空气提供给MEA132的阴极的空气通路138。氢通路136与燃料供应部分110的重整器118连接，空气通路138与氧供应部分112的空气泵126连接。
电池堆116运行时，冷却空气通过电池堆116内部进行通风来发散由发电体130产生的热量。出于这一目的，电池堆116在相邻发电体130之间形成有使来自冷却剂供应部分114的冷却空气流到发电体130的冷却通路141。
在该实施方式中，通过形成在彼此紧密贴合的相邻发电体130的隔板134表面上的沟道141a形成冷却通路141。在一发电体130的隔板134的与MEA132接触的表面相对的表面上和与所述表面紧密贴合的所述隔板相邻的另一发电体130的隔板134的表面上形成有沟道141a。
也就是说，在该实施例中，当一发电体130的隔板134与相邻于所述隔板的另外的发电体130的隔板134紧密贴合时，通过沟道141a彼此接合形成冷却通路141。
就具有上述结构的电池堆116而言，如图10所示，冷却通路141在彼此紧密贴合的各隔板134的一侧端部形成有入口A，在其相对侧端部形成有出口B，在入口A和出口B之间形成直线路径C，以使它们彼此连通。
在电池堆116处设置导引部分119，以使来自冷却剂供应部分114的空气能顺畅地通过入口A导入直线路径C中。
在入口A上形成导引部分119，该导引部分具有朝向冷却通路141的直线路径C倾斜的倾斜部分119a，使得入口截面面积逐渐减小。鉴于冷却通路141的截面结构被形成为矩形形状，所以倾斜部分119a朝向直线路径C的内壁倾斜。也就是说，将冷却通路141构成为使得通路入口A的截面面积因导引部分119朝向直线路径C逐渐减小，因此，在隔板141的一侧端处入口A的截面面积大于在其相对侧端部的出口B的截面面积。
因此，电池堆161运行时，来自冷却剂供应部分141的空气由导引部分119导引，通过冷却通路141的入口A顺畅地流入直线路径C。
所以，利用本实施方式的结构，通过冷却通路141的空气流因导引部分119而增加，从而可进一步提高发电体130的冷却效率。
图11是本发明另一实施方式的具有冷却板的电池堆结构的分解透视图，图12是图11所示的冷却板的前视图。
如这些附图所示，就本实施方式的电池堆116A而言，冷却板143被设置在相邻的发电体130A之间。
在冷却板143上形成有冷却通路145，使冷却空气进行通风。在发电体130A运行期间，冷却板143起散热片的作用，用来散发传导到发电体130A的隔板134A上的热量。冷却板143可以由导热材料例如铝、铜和铁构成。冷却通路145从冷却板143的一侧端部延续到相对侧端部，从而使冷却空气顺畅地进行通风。
更明确地说，冷却通路145具有用于将冷却空气注入冷却板143上侧端部的入口A、用于将冷却空气排到冷却板143的下侧端部的出口B、和形成在入口A和出口B之间使它们彼此连通的直线路径C。
就本发明结构而论，在电池堆116A处设有导引部分219，以使来自冷却剂供应部分(未示出)的空气通过入口A顺畅地流入直线路径C。
在冷却通路145的入口A处形成导引部分219，该导引部分具有朝向直线路径C倾斜的倾斜部分219a，使得入口截面面积逐渐减小。鉴于冷却通道141的横截面结构被形成为矩形，因此倾斜表面119a朝向直线路径C的内壁倾斜。也就是说，将冷却通路145构成为使其入口A的截面面积因导引部分219而朝向直线路径C逐渐减小，并且入口A的截面面积大于出口B的截面面积。
电池堆161运行时，来自冷却剂供应部分的空气由导引部分219引导，并流畅地通过冷却通路145的入口A被导入直线路径C。
因此，借助于本实施方式的结构，可增加通过冷却通路145的空气流，因而可提高发电体130A的冷却效率。
本实施方式的电池堆116A的其他结构部件与前一实施方式所提到的那些部件相同，因此不再赘述。
图13是本发明另一实施方式的燃料电池系统400的示意图。
本实施方式的燃料电池系统400被形成为直接氧化燃料电池型式，其中直接提供如甲醇和乙醇之类的醇基燃料和氧，通过氧和燃料中氢的反应产生电能。
燃料电池系统400包括发电体组件401、用于存储如甲醇之类的燃料而作为燃料源的燃料箱403、用于从燃料箱403向发电体组件401供应燃料的燃料泵405，所述发电体组件具有带MEA和设置在MEA两侧的阳极和阴极隔板的发电体。
对发电体组件410、燃料箱403和燃料泵405的具体结构没有限制，它们可以是能构成直接氧化燃料电池的任何结构。例如，发电体组件401可以具有前面那些实施方式所提到的电池堆结构，或多个发电体彼此平行设置的其它结构。
如图14所示，阳极隔板407具有多条用于使燃料通过的燃料通路409，和形成在燃料通路409的入口411处导入燃料的导引部分413。
导引部分413由与入口411连接的隔板407的倾斜部分形成。导引部分413的倾斜方向朝向入口411升高。
也就是说，与前面那些实施方式所提到的处于流畅地提供燃料的工作状态的导引部分一样，可将导引部分形成在燃料通路上。
如上所述，按照本发明的燃料电池系统，将氧和冷却剂提供给共用通路或将冷却剂提供给单独的冷却通路以散发电池堆产生的热量。设置导引部分以将冷却剂流畅地引进共用通路和冷却通路，从而可提高整个电池堆的冷却效率和容量。
此外，可在燃料通路上形成导引部分，以便流畅地供应燃料，由此可提高发电体组件的容量及燃料电池系统的容量。
尽管上面已对本发明的一些优选实施方式进行了详细说明，显然，本领域技术人员在基本发明构思的教导下所作出的各种变换和/或改型都将落入所附权利要求限定的本发明的构思和保护范围内。

Claims (27)

1.一种燃料电池电池堆，包括：
通过氢和氧的反应产生电能的发电体，
其中，所述发电体通过单一的一条通路接收氧和冷却剂，该通路包括具有截面面积的入口和具有截面面积的出口，其中，所述入口的截面面积大于所述出口的截面面积。
2.根据权利要求1所述的燃料电池电池堆，其中，由空气形成所述氧和冷却剂。
3.一种通过氢和氧的电化学反应产生电能的燃料电池电池堆，该燃料电池电池堆包括：
包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件两侧的隔板的发电体，
其中，该发电体包括多条设置在至少隔板之一的一表面上使氧和冷却剂通过的共用通路、和形成在每一共用通路的入口处用来将氧和冷却剂引入每一共用通路的导引部分。
4.根据权利要求3所述的燃料电池电池堆，其中，由空气形成所述氧和冷却剂。
5.根据权利要求3所述的燃料电池电池堆，其中，在所述隔板的一表面上形成每一共用通路，所述共用通路以沟道形式与所述膜电极组件接触。
6.根据权利要求5所述的燃料电池电池堆，其中，每一共用通路从所述隔板的一端延续到所述隔板的相对端。
7.根据权利要求3所述的燃料电池电池堆，其中，在所述入口处形成包括倾斜部分的导引部分。
8.一种燃料电池电池堆，包括：
多个通过氢和氧的电化学反应产生电能的发电体，
形成在所述相邻发电体之间用来使冷却剂通过的冷却通路；及
形成在所述冷却通路入口处引导所述冷却剂进入所述冷却通路的导引部分。
9.根据权利要求8所述的燃料电池电池堆，其中，由空气形成所述冷却剂。
10.根据权利要求8所述的燃料电池电池堆，其中，所述发电体包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件两侧的隔板，并且在所述隔板上形成所述冷却通路。
11.根据权利要求10所述的燃料电池电池堆，其中，通过使形成于所述隔板的一表面上的沟道与形成在相邻隔板的一表面上的沟道相接合并与前一隔板接触来形成所述冷却通路。
12.根据权利要求8所述的燃料电池电池堆，其中，在所述发电体之间设置的冷却板上形成所述冷却通路，使得所述冷却通路穿过所述冷却板。
13.根据权利要求8所述的燃料电池电池堆，其中，在所述入口处形成包括倾斜部分的导引部分。
14.一种用于燃料电池的发电体组件，包括：
包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件两侧的隔板的发电体，
其中，所述发电体包括形成在至少所述隔板之一的一表面上使燃料通过的燃料通路、和形成在所述燃料通路入口处引导燃料进入所述燃料通路的导引部分。
15.用于权利要求14所述的燃料电池的所述发电体组件，其中，通过使与所述入口连接的所述隔板的所述部分倾斜形成所述导引部分。
16.一种燃料电池系统，包括：
电池堆，其包括发电体，所述发电体具有膜电极组件、设置在所述膜电极组件两侧的隔板、多条设置在至少所述隔板之一的一表面上使氧和冷却剂通过的共用通路、和形成在所述共用通路的入口处引导氧和冷却剂进入所述共用通路的导引部分；
向所述电池堆提供燃料的燃料供应部分；
向所述共用通路提供氧的氧供应部分。
17.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其中，从空气中获得氧。
18.根据权利要求17所述的燃料电池系统，其中，所述冷却剂为空气。
19.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述氧供应部分包括用于将空气提供给所述共用通路的风扇。
20.根据权利要求16所述的燃料电池系统，其中，所述导引部分包括形成在所述入口处的倾斜部分。
21.一种燃料电池系统，包括：
包括多个发电体的电池堆；
用于向所述电池堆供应燃料的燃料供应部分；
用于向所述电池堆供应氧的氧供应部分；
用于向所述电池堆供应冷却剂的冷却剂供应部分；
其中，所述电池堆包括形成在所述发电体之间使所述冷却剂通过的冷却通路、和形成在所述冷却通路入口处引导所述冷却剂进入所述冷却通路的导引部分。
22.根据权利要求21所述的燃料电池系统，其中，所述发电体包括膜电极组件和设置在所述膜电极组件两侧的隔板，并且在所述隔板上形成所述冷却通路。
23.根据权利要求22所述的燃料电池系统，其中，通过形成于所述隔板一表面上的沟道与形成在相邻隔板的一表面上的沟道相接合并与前一隔板紧密接触来形成所述冷却通路。
24.根据权利要求21所述的燃料电池系统，其中，在所述发电体之间设置的冷却板上形成所述冷却通路，使得所述冷却通路穿过所述冷却板。
25.根据权利要求21所述的燃料电池系统，其中，所述导引部分包括形成在所述入口处的倾斜部分。
26.根据权利要求21所述的燃料电池系统，其中，所述冷却剂供应部分包括用于将空气提供给所述冷却通路的风扇。
27.一种燃料电池系统，包括：
权利要求14所述的发电体组件；及
用于将燃料供应给所述发电体组件的燃料供应部分。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904484A (zh) * 2019-03-01 2019-06-18 山东大学 一种燃料电池双极板结构及燃料电池
CN110429296A (zh) * 2019-08-26 2019-11-08 广东国鸿氢能科技有限公司 一种燃料电池双极板

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2922686B1 (fr) * 2007-10-17 2010-01-29 Air Liquide Pile a combustible comprenant un dispositif de refroidissement par gaz caloporteur
WO2009142994A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Ballard Power Systems Inc. Composite bipolar separator plate for air cooled fuel cell
US8986905B2 (en) * 2008-11-11 2015-03-24 Bloom Energy Corporation Fuel cell interconnect
US8795872B2 (en) 2010-07-26 2014-08-05 Enerdel, Inc. Battery cell system with interconnected frames
CA2919875C (en) 2012-08-14 2021-08-17 Powerdisc Development Corporation Ltd. Fuel cell flow channels and flow fields
US9644277B2 (en) 2012-08-14 2017-05-09 Loop Energy Inc. Reactant flow channels for electrolyzer applications
US9478812B1 (en) 2012-10-17 2016-10-25 Bloom Energy Corporation Interconnect for fuel cell stack
US9673457B2 (en) 2012-11-06 2017-06-06 Bloom Energy Corporation Interconnect and end plate design for fuel cell stack
ES2652249T3 (es) * 2013-05-02 2018-02-01 Haldor Topsøe A/S Entrada de gas para unidad de célula de electrolisis de óxido sólido (SOEC)
WO2017161449A1 (en) * 2016-03-22 2017-09-28 Loop Energy Inc. Fuel cell flow field design for thermal management

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3077618B2 (ja) * 1997-03-05 2000-08-14 富士電機株式会社 固体高分子電解質型燃料電池
DE69804829T2 (de) * 1997-07-16 2002-11-07 Ballard Power Systems Inc., Burnaby Elastische dichtung für eine membranelektrodenanordnung in einer elektrochemischen brennstoffzelle und herstellungsverfahren dafür
JP4543440B2 (ja) * 1997-12-22 2010-09-15 株式会社エクォス・リサーチ 水直噴型燃料電池システム
JP2002270197A (ja) * 2001-03-08 2002-09-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池
KR20040005139A (ko) * 2002-07-08 2004-01-16 현대자동차주식회사 연료 전지 스택용 분리판
JP4470033B2 (ja) * 2002-09-24 2010-06-02 株式会社エクォス・リサーチ 燃料電池
JP2004192985A (ja) * 2002-12-12 2004-07-08 Sony Corp 燃料電池用セパレータ及びこれを用いた燃料電池
JP2004281079A (ja) * 2003-03-12 2004-10-07 Sony Corp セパレータ、燃料電池装置及び燃料電池装置の温度調整方法
JP2004327089A (ja) * 2003-04-21 2004-11-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池スタック
CN100517831C (zh) * 2003-06-24 2009-07-22 松下电器产业株式会社 高分子电解质型燃料电池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109904484A (zh) * 2019-03-01 2019-06-18 山东大学 一种燃料电池双极板结构及燃料电池
CN109904484B (zh) * 2019-03-01 2020-12-04 山东大学 一种燃料电池双极板结构及燃料电池
CN110429296A (zh) * 2019-08-26 2019-11-08 广东国鸿氢能科技有限公司 一种燃料电池双极板

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