低壓體893內的第三流體892。低壓口 894的形狀可以變化。例如，低壓口 894可以是正方形、矩形、三角形、多邊形、圓形、橢圓形、或其它形狀。每個低壓體893的低壓口 894的數(shù)量可以從I變化到約50或更多。低壓口 894的橫截面積可以變化。例如，圓形低壓口 894的直徑范圍可以從小于約0.1英寸到約I英寸或更大。如圖8所示，低壓口 894可以間隔排列在第二密封881和第三密封891之間并且沿著雙極板800的長度方向均勻地交錯。在其它實施例中，低壓口 894可以延伸通過低壓區(qū)890的整個圓周。
[0118]經(jīng)由低壓口 894排出的第三流體892可以被重新供應到電化學電池100。例如，第三流體892可以返回到低壓區(qū)190。在其它實施例中，經(jīng)由中壓口 894排出的第三流體892可以被收集和再循環(huán)。低壓區(qū)890中的第三流體892的壓力通?？梢缘陀诟邏簠^(qū)870中的第一流體872和中壓區(qū)880中的第二流體882。
[0119]如上所述，如上所述的第一部件801和第二部件802之間的級聯(lián)密封配置可以在電化學電池100的雙極板150和160中實施。在其它實施例中，部件801和802之間的級聯(lián)密封配置可以在不在兩個雙極板中使用級聯(lián)密封配置的其它電化學電池中實施。因此，如上所述的兩個級聯(lián)密封配置可以相互獨立，以使任何一個均可以在電化學電池中被單獨使用或者它們能夠在相同的電化學電池中結合使用。
[0120]在一些實施例中，第一部件801和第二部件802可以包括互鎖特征?；ユi特征可以形成匹配幾何形狀足以將第一部件801和第二部件802固定在一起。例如，第一部件801可以包括一個或多個突出物，并且第二部件802可以包括一個或多個缺口。然而，可以進一步設想，第一部件801和第二部件802可以包括各種不同的附接機構?；ユi特征可以包括各種形狀和大小。例如，可以形成形狀為圓柱形、圓形、橢圓形、矩形、或正方形的突出物和缺口。另外，突出物和缺口可以包括各種多邊形的形狀。
[0121]如圖8所示，互鎖特征可以包括各種連接，被配置成密封第一部件801和第二部件802。例如，互鎖特征可以包括第一密封871、第二密封881、和第三密封891和它們可以安置的對應的密封腔。第一部件801和第二部件802可以包括多個密封腔，該密封腔被配置成接收第一密封871、第二密封881、和第三密封891的至少一部分。每個密封腔可以包括到第一部件801、第二部件802或兩種部件801和802的擠出件。擠出件尺寸和幾何形狀可以與第一密封871、第二密封881、和第三密封891的尺寸和橫截面幾何形狀相對應。
[0122]在其它實施例中，第一部件801和第二部件802之間的壓力區(qū)的數(shù)量可以大于或小于三個(即，高、中和低)。例如，第一部件801和第二部件802可以包括僅兩個壓力區(qū)(例如，高和低)或可以包括4個或多個壓力區(qū)(例如，高-高、高、中和低)。在又一實施例中，壓力區(qū)可以級聯(lián)，但非以壓力逐漸減小的順序地級聯(lián)。[可以提供進一步的細節(jié)]
具有僅兩個壓力區(qū)的類似于雙極板800的雙極板可以包括第一部件、第二部件、分離兩個壓力區(qū)的在兩個部件之間形成的密封、圍繞密封的體積、和與被配置成排出收集在體積中的流體的與體積流體連通的至少一個口。
[0123]在其它實施例中，可以設想，周圍的體積可以被配置成只在密封的一部分周圍延伸。例如，體積室可以分布在每個壓力區(qū)內的每個密封的圓周周圍。
[0124]在操作期間，如上所述，第一部件801和第二部件802之間的級聯(lián)密封配置可以使能夠收集和再循環(huán)或再生從高壓區(qū)870泄露到部件801和802之間的中壓區(qū)880和低壓區(qū)890的流體。如上所述，高壓區(qū)870內的第一流體872可以被壓縮至壓力超過15，000 psi。第一流體872的壓力可以對第一密封871、第一部件801、和第二部件802施加分離力。當?shù)谝徊考?01和第二部件802的耦合力足以抵消分離力并且維持連接而且第一密封871恰當?shù)仄鹱饔脮r，那么第一流體871可以防止通過第一密封871從高壓區(qū)870泄漏到中壓區(qū)880 中。
[0125]另一方面，當耦合力不足以維持連接或第一密封871失靈時，第一流體872可以通過第一密封871從高壓區(qū)870泄漏到中壓區(qū)880中。泄漏到中壓區(qū)880中的第一流體872可以收集在中壓體883并且構成第二流體882。收集在中壓體883中的第一流體872/第二流體882可以流到中壓口 884并且通過中壓口 884流出。所排出的流體(即，第一流體872/第二流體882)可以被再循環(huán)或再生，而不損失，其在其它兩件式雙極設計傳統(tǒng)上是這種情況。
[0126]低壓區(qū)890可以提供附加的防泄漏水平。通過第二密封881泄漏的第二流體882可以收集在低壓體893中并且構成第三流體892。所收集的第二流體882/第三流體892可以流到低壓口 894并且通過低壓口 894流出。如同其它所排出的流體一樣，第二流體882/第三流體892可以被再循環(huán)或者再生。在下游能夠控制流過中壓口 884和低壓口 894。例如，一個或多個閥可以打開或關閉以允許流體排出?？梢赃B續(xù)的或者間歇地流過中壓口 884。
[0127]使用級聯(lián)密封配置的方法可以包括:收集由多個密封(例如，第一密封871、第二密封881、和第三密封891)分離的不同體積(例如，中壓體883或低壓體893)內的流體(例如，第一流體872、第二流體882、和第三流體892)并且通過壓力口(例如，中壓口 884和低壓口 894)排出所收集的流體，然后再循環(huán)所排出的流體。
[0128]對本領域的技術人員來說，通過對本文中的本宮來的說明書和實踐的考慮，本公開的其它實施例將是顯而易見的。需要指出的是，說明書和示例被認為僅僅是示例性的，本公開的精神和實際范圍由所附權利要求指示。
【主權項】
1.一種電化學電池，包括: 一對雙極板和位于該對雙極板之間的膜電極組件，其中，膜電極組件包括陽極、陰極、和布置于其間的質子交換膜； 限定高壓區(qū)的第一密封，其中，第一密封位于雙極板之間并且被配置成容納高壓區(qū)內的第一流體； 限定中壓區(qū)的第二密封，其中，第二密封位于雙極板之間并且被配置成容納中壓區(qū)內的第二流體；和 其中，第一密封被配置成當?shù)谝幻芊庖莆粫r，將第一流體泄漏到中壓區(qū)中。2.權利要求1所述的電化學電池，還包括限定低壓區(qū)的第三密封，該第三密封被配置成容納低壓區(qū)內的第三流體，其中，第二密封被配置成當?shù)诙芊庖莆粫r，將第二流體泄漏到低壓區(qū)中。3.權利要求2所述的電化學電池，其中，第一密封容納在第二密封內并且第二密封容納有第三密封。4.權利要求2所述的電化學電池，其中，第一流體的壓力比第二流體高并且第二流體的壓力比第三流體高。5.權利要求2所述的電化學電池，其中，第一密封、第二密封和第三密封具有大致矩形的橫截面。6.權利要求2所述的電化學電池，其中，第三密封的厚度大于第二密封并且第二密封的厚度大于第一密封。7.權利要求2所述的電化學電池，其中，第一流體是高壓氫，第二流體是更低壓力的氫，并且第三流體是冷卻劑流體。8.權利要求2所述的電化學電池，其中，第三流體是氮并且低壓區(qū)包括圍繞電化學電池的氮氣層，該氮氣層被配置成檢測從電化電池內泄漏的第一流體和第二流體中的至少一個。9.權利要求2所述的電化學電池，其中，監(jiān)測第三流體的壓力，并且壓力的升高指示至少第二密封的移位，并且其中，電化學電池被配置成在第三流體達到第三密封移位的壓力之如，關閉。10.權利要求2所述的電化學電池，其中，當施加到該對雙極板的閉合力大于該對雙極板內的打開力時，該對雙極板內的第一密封、第二密封和第三密封被配置成保持不動，從而防止第一流體、第二流體、和第三流體泄漏。11.權利要求2所述的電化學電池，其中，第一密封被配置成當施加到該對雙極板的閉合力接近該對雙極板內的打開力時，在第二流體或第三流體導致第一流體通過第一密封泄露到中壓區(qū)中之前，移位，這導致該對雙極板的第一分離。12.權利要求11所述的電化學電池，其中，第二密封被配置成當閉合力進一步接近打開力，從而導致該對雙極板的第二分離時，移位，從而使第二流體通過第二密封泄漏到低壓區(qū)中。13.權利要求11所述的電化學電池，其中，泄漏到中壓區(qū)中的第一流體與第二流體組合并且被再循環(huán)，并且泄漏到低壓區(qū)中的第二流體與第三流體組合并且流出電化學電池而且被再生。14.權利要求2所述的電化學電池，還包括位于第一密封外部和第二密封內部的一對輔助密封，其中，該對輔助密封限定與高壓區(qū)流體連通的兩個輔助高壓區(qū)。15.權利要求1所述的電化學電池，其中，雙極板中的至少一個包括多個部件并且利用多個部件之間的級聯(lián)密封配置。16.—種電化學電池，包括: 一對雙極板和位于該對雙極板之間的膜電極組件； 位于雙極板之間的高壓區(qū)，該高壓區(qū)容納第一流體； 位于該對雙極板之間的中壓區(qū)，該中壓區(qū)容納第二流體；和 和低壓區(qū)，該低壓區(qū)容納第三流體； 其中，電化學電池被配置成基于施加到雙極板的閉合力和由第一流體、第二流體、和第三流體中的至少一個的壓力所產(chǎn)生的打開力中的至少一個在第一配置、第二配置、和第三配置之間轉換。17.權利要求16所述的電化學電池，其中，第一配置在高壓區(qū)、中壓區(qū)、和低壓區(qū)之間提供大體上無泄漏； 第二配置提供第一流體從高壓區(qū)到中壓區(qū)的一部分的泄漏；和第三配置提供第一流體從高壓區(qū)到中壓區(qū)一部分的泄漏和第二流體從中壓區(qū)到低壓區(qū)的一部分的泄漏。18.權利要求17所述的電化學電池，還包括與電化學電池的低壓區(qū)流體連通的氫氣再生裝置，其中，該氫氣再生裝置被配置成再生泄漏到低壓區(qū)中的第二流體的一部分并且將所再生的第二流體再引入到電化學電池的中壓區(qū)中，并且其中，監(jiān)測低壓區(qū)中的第三流體的壓力，并且第三流體的壓力的升高使氫氣再生裝置工作。19.權利要求16所述的電化學電池，其中，高壓區(qū)容納在中壓區(qū)內并且中壓區(qū)容納在低壓區(qū)內。20.權利要求16所述的電化學電池，還包括被配置成容納高壓區(qū)內的第一流體的第一密封、被配置成容納中壓區(qū)內的第二流體的第二密封、和被配置成容納低壓區(qū)內的第三流體的第三密封。21.—種調諧具有級聯(lián)密封配置的電化學電池的閉合力的方法，該方法包括: 提供電化學電池，該電化學電池在級聯(lián)密封配置中具有多個密封； 基于所期望的操作壓力將初始閉合力施加到電化學電池； 操作電化學電池； 監(jiān)測電化學電池的的壓力；和 基于所監(jiān)測的壓力調整施加到電化學電池的閉合力，其中，調整閉合力改變多個密封中的至少一個移位的壓力。22.—種用于電化學電池的雙極板，包括: 至少兩個部件； 限定高壓區(qū)的第一密封，其中，第一密封位于部件之間并且被配置成容納高壓區(qū)內的第一流體； 用于限定中壓區(qū)的第二密封，該第二密封包括中壓體和中壓口，其中所述第二密封位于所述部件之間并配置成容納在中壓區(qū)內的第二流體； 其中，第一密封被配置成當?shù)谝幻芊馐Р⑶业谝涣黧w能夠收集在中壓體中并且從中壓口中排出時，將第一流體泄漏到中壓區(qū)中。23.一種電化學電池，包括: 一對雙極板和位于該對雙極板之間的膜電極組件；和 該對雙極板之間的第一級聯(lián)密封配置； 其中，每個雙極板包括: 至少兩個部件；和 該至少兩個部件之間的第二級聯(lián)密封配置。
【專利摘要】一種電化學電池包括一對雙極板和該雙極板之間的膜電極組件。該電化學電池還包括限定高壓區(qū)的第一密封，其中，該第一密封位于雙極板之間并且被配置成容納高壓區(qū)內的第一流體。進一步的，電化學電池包括限定中壓區(qū)的第二密封，其中，第二密封位于雙極板之間并且被配置成容納中壓區(qū)內的第二流體。當?shù)谝幻芊庖莆粫r，第一密封被配置成將第一流體泄漏到中壓區(qū)。
【IPC分類】H01M8/00, H01M8/24, H01M8/18, H01M8/10, H01M8/02
【公開號】CN105190973
【申請?zhí)枴緾N201480010976
【發(fā)明人】愛德華·多米特, 斯科特·布蘭切特, 羅杰·范·博艾恩, 凱文·貝弗里基
【申請人】努威拉燃料電池有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年2月27日
【公告號】CA2898229A1, EP2962349A1, US20140238845, WO2014134295A1