便于除水的反應(yīng)物流動(dòng)通道構(gòu)造
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]燃料電池被用作電源。燃料電池使用已知的電化學(xué)反應(yīng)用于產(chǎn)生電能。諸如氫和氧的反應(yīng)物被用于電化學(xué)反應(yīng)中。
[0002]與燃料電池運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的一個(gè)挑戰(zhàn)是管理燃料電池內(nèi)存在的水。所謂的浸水狀況能夠影響燃料電池效率，導(dǎo)致不良的性能。此外，當(dāng)反應(yīng)物燃料流動(dòng)通道中積累的水致使各個(gè)位置處的燃料不足時(shí)，可能會(huì)發(fā)生碳腐蝕。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種示例性的燃料電池部件包括反應(yīng)物分配板，反應(yīng)物分配板包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道構(gòu)造用于便于氣體反應(yīng)物流動(dòng)，使得氣體反應(yīng)物可以用在用于在燃料電池中產(chǎn)生電的電化學(xué)反應(yīng)中。所述通道中的每一個(gè)均具有長(zhǎng)度，其對(duì)應(yīng)于反應(yīng)物氣體沿著通道流動(dòng)的方向。每個(gè)通道的寬度大致垂直于長(zhǎng)度。每個(gè)通道的深度大致垂直于寬度和長(zhǎng)度。寬度或深度中的至少一個(gè)在通道的單個(gè)縱向位置處具有至少兩個(gè)不同的尺寸。
[0004]不同的寬度或深度尺寸建立了兩個(gè)通道部分。通道部分中的至少一個(gè)趨向于保持沒(méi)有任何液態(tài)水，使得反應(yīng)物氣體可以持續(xù)地沿著通道的長(zhǎng)度流動(dòng)，甚至當(dāng)通道中存在液態(tài)水的時(shí)候也是如此。
[0005]參照下面對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白各種實(shí)施例。詳細(xì)描述的附圖可簡(jiǎn)要地描述如下。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例設(shè)計(jì)的具有反應(yīng)物流動(dòng)通道的示例性燃料電池部件的示意性透視圖。
[0007]圖2是示出了一個(gè)示例性實(shí)施例的所選擇的特征的剖視圖。
[0008]圖3是示出了另一個(gè)示例性實(shí)施例的所選擇的特征的剖視圖。
[0009]圖4是示出了圖3的示例在另一種條件下的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1示出了一種示例性燃料電池部件。反應(yīng)物分配板20包括多個(gè)通道22和肋24。通道22構(gòu)造用于便于氣體反應(yīng)物流動(dòng)。如何將反應(yīng)物分配板包括在燃料電池組件中是已知的。示例性的通道22構(gòu)造成便于氣體反應(yīng)物流動(dòng)，使得氣體反應(yīng)物可以用在用于在燃料電池中產(chǎn)生電的電化學(xué)反應(yīng)中。
[0011]通道22中的每一個(gè)均具有長(zhǎng)度L，長(zhǎng)度L對(duì)應(yīng)于氣體流動(dòng)經(jīng)過(guò)通道的方向。每個(gè)通道22包括寬度尺寸W，其大致垂直于長(zhǎng)度L。該示例中的每個(gè)通道具有至少兩個(gè)不同的寬度尺寸。兩個(gè)寬度尺寸WjPW2在圖1中示出。每個(gè)通道還具有深度尺寸，其大致垂直于長(zhǎng)度和寬度。示出的示例包括至少兩個(gè)不同的深度尺寸。示出了深度尺寸DjP D2。
[0012]在該示例中，每個(gè)通道22包括多個(gè)表面。第一表面30在通道32的外邊緣至第二表面32之間延伸。第二表面32和外邊緣之間的距離對(duì)應(yīng)于深度D2。第三表面34平行于第一表面30并且垂直于第二表面32。第四表面36與外邊緣間隔的距離對(duì)應(yīng)于深度Dp
[0013]第五和第六表面38和40與第二和第三表面32和34類(lèi)似地定位，但位于通道22的相對(duì)側(cè)。表面34和38之間的距離對(duì)應(yīng)于寬度Wp第七表面42在第六表面40和通道22的對(duì)應(yīng)側(cè)的外邊緣之間延伸。表面30和42之間的距離對(duì)應(yīng)于寬度W2。
[0014]示出的示例中的不同的寬度尺寸和不同的深度尺寸存在于通道22中的相同的縱向位置處。換句話說(shuō)，沿垂直于長(zhǎng)度L的方向截取的氣體反應(yīng)物分配板20的截面包括不同的寬度和不同的深度尺寸。在示出的示例中，沿每個(gè)通道的整個(gè)長(zhǎng)度存在不同的寬度和深度尺寸。
[0015]如能夠從圖2中所理解的，其是示例性實(shí)施例的剖視圖，不同的寬度尺寸和不同的深度尺寸建立了沿著每個(gè)通道22的兩個(gè)通道部分44和46。兩個(gè)通道部分便于允許氣體沿著每個(gè)通道22流動(dòng)，甚至當(dāng)通道中以及積累了液態(tài)水的時(shí)候也是如此。每個(gè)通道22的構(gòu)造便于液態(tài)水聚集在部分44或46中的一個(gè)中，而另一個(gè)部分保持至少部分地沒(méi)有水，以允許氣體流動(dòng)經(jīng)過(guò)通道。
[0016]圖2示意性地示出通道22中的一個(gè)內(nèi)在50處的液態(tài)水。示出的示例的構(gòu)造和通道內(nèi)的不同尺寸便于水50趨向于聚集在通道的第一部分44中。該示例中的第二部分46保持是空的，使得氣體可以至少流動(dòng)經(jīng)過(guò)通道的第二部分46。
[0017]示出的示例的一個(gè)特征是，經(jīng)過(guò)第二部分46的反應(yīng)物氣體的持續(xù)流動(dòng)趨向于促使液態(tài)水50被帶出通道22。所示出的構(gòu)造不僅允許反應(yīng)物氣體持續(xù)的流動(dòng)經(jīng)過(guò)每個(gè)通道22，還便于隨著反應(yīng)物氣體持續(xù)移動(dòng)經(jīng)過(guò)通道而移除液態(tài)水。
[0018]在圖2的示例中，氣體反應(yīng)物分配板的材料至少沿通道22的內(nèi)表面30-42是疏水的。所示出的示例的兩個(gè)不同的毛細(xì)管半徑趨向于使水滴不穩(wěn)定，導(dǎo)致在圖2中50處示意性示出的類(lèi)型的水積累。液態(tài)水的這種水滴或水泡趨向于通過(guò)氣體反應(yīng)物持續(xù)流動(dòng)經(jīng)過(guò)通道22的第二部分46而被帶出通道。
[0019]圖3和圖4示出了另一個(gè)示例，其中，用于制造氣體反應(yīng)物分配板20的材料至少沿通道22的表面30-42是親水的。親水表面趨向于使存在于通道內(nèi)的任何液態(tài)水朝向表面附著。在該示例中，由尺寸WpW2AjP D2建立的兩個(gè)不同的毛細(xì)管半徑趨向于使水膜不穩(wěn)定。在圖3和4的示例中的通道22內(nèi)的任何液態(tài)水趨向于進(jìn)入具有更小毛細(xì)管半徑的區(qū)域。圖3在通道中的一個(gè)內(nèi)的52和54處示意性地示出液態(tài)水。如能夠理解的，通道的實(shí)質(zhì)部分對(duì)于流動(dòng)經(jīng)過(guò)通道22的反應(yīng)物氣體保持開(kāi)放。圖4示意性地示出了積累在通道22內(nèi)的另外的液態(tài)水56。在該示例中，通道22的第一部分44的至少一部分對(duì)于流動(dòng)經(jīng)過(guò)該通道的氣體反應(yīng)物保持開(kāi)放。
[0020]在一些示例中，通道22內(nèi)的表面中的至少一個(gè)是親水的，而其他表面中的至少一個(gè)是疏水的。這樣的示例允許在通道22內(nèi)選擇性地引導(dǎo)含水量，而同時(shí)實(shí)現(xiàn)如下益處:在通道內(nèi)部具有不同的尺寸，以便建立通道的不同部分來(lái)應(yīng)對(duì)任何液態(tài)水積累，使得不會(huì)阻礙反應(yīng)物氣體流動(dòng)經(jīng)過(guò)通道。
[0021]流動(dòng)通道22的構(gòu)造防止液態(tài)水阻塞任何通道。這確保了燃料電池內(nèi)的更好的氣體反應(yīng)物分配。所示出的示例提供了氣體反應(yīng)物進(jìn)入的增強(qiáng)，燃料電池性能的增強(qiáng)和碳腐蝕的減少。
[0022]先前的描述是示例性的，而非實(shí)質(zhì)上地限定。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)明白所公開(kāi)的示例的變型和修改，而不必偏離本發(fā)明的本質(zhì)。賦予本發(fā)明的合法保護(hù)范圍僅可通過(guò)研宄所附權(quán)利要求而確定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種燃料電池部件，包括: 反應(yīng)物分配板，所述反應(yīng)物分配板包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道構(gòu)造用于便于氣體反應(yīng)物流動(dòng)，使得氣體反應(yīng)物能夠用在用于在燃料電池中產(chǎn)生電的電化學(xué)反應(yīng)中，所述通道中的每一個(gè)均具有長(zhǎng)度、寬度和深度，所述長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于反應(yīng)物氣體沿著所述通道流動(dòng)的方向，所述寬度大致垂直于所述長(zhǎng)度，所述深度大致垂直于所述寬度和所述長(zhǎng)度，所述寬度或所述深度中的至少一個(gè)在單個(gè)縱向位置處具有至少兩個(gè)不同的尺寸。2.如權(quán)利要求1的燃料電池部件，其中，每個(gè)通道具有 第一通道部分，其在所述單個(gè)位置處具有第一截面面積；和 第二通道部分，其在所述單個(gè)位置處具有第二、不同的截面面積。3.如權(quán)利要求2的燃料電池部件，其中 所述第一通道部分具有第一截面幾何形狀；并且 所述第二通道部分具有第二截面幾何形狀。4.如權(quán)利要求3的燃料電池部件，其中，所述第一和第二截面幾何形狀為相同的形狀。5.如權(quán)利要求4的燃料電池部件，其中，所述第一和第二截面幾何形狀是大致矩形的。6.如權(quán)利要求1的燃料電池部件，其中，每個(gè)通道具有至少一個(gè)親水的表面。7.如權(quán)利要求6的燃料電池部件，其中，每個(gè)通道具有至少一個(gè)疏水的其他表面。8.如權(quán)利要求1的燃料電池部件，其中，所述寬度和所述深度均在所述單個(gè)縱向位置處具有至少兩個(gè)不同的尺寸。
【專(zhuān)利摘要】一種示例性的燃料電池部件包括反應(yīng)物分配板，反應(yīng)物分配板包括多個(gè)通道，所述多個(gè)通道構(gòu)造用于便于氣體反應(yīng)物流動(dòng)，使得氣體反應(yīng)物可以用在用于在燃料電池中產(chǎn)生電的電化學(xué)反應(yīng)中。所述通道中的每一個(gè)均具有長(zhǎng)度，其對(duì)應(yīng)于反應(yīng)物氣體沿著通道流動(dòng)的方向。每個(gè)通道的寬度大致垂直于所述長(zhǎng)度。每個(gè)通道的深度大致垂直于所述寬度和所述長(zhǎng)度。所述寬度或所述深度中的至少一個(gè)在通道的單個(gè)縱向位置處具有至少兩個(gè)不同的尺寸。
【IPC分類(lèi)】H01M8/02, H01M8/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104885271
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201280075687
【發(fā)明人】R·M·達(dá)林
【申請(qǐng)人】百拉得動(dòng)力系統(tǒng)公司
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2012年9月7日
【公告號(hào)】EP2893585A1, US20150244003, WO2014039048A1