太阳城集团

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具有改进的冷冻启动的分隔板设计.pdf

摘要
申请专利号:

CN201110402966.4

申请日:

2011.12.07

公开号:

CN102544550B

公开日:

2015.01.28

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效号牌文件类型代码:1604号牌文件序号:101322511223IPC(主分类):H01M 8/04专利申请号:2011104029664申请日:20111207|||公开
IPC分类号: H01M8/04; H01M8/10 主分类号: H01M8/04
申请人: 通用汽车环球科技运作有限责任公司
发明人: S.J.斯潘塞
地址: 美国密执安州
优先权: 2010.12.07 US 12/962006
专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 原绍辉;杨楷
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201110402966.4

授权太阳城集团号:

102544550B||||||

法律状态太阳城集团日:

2015.01.28|||2012.09.05|||2012.07.04

法律状态类型:

太阳城集团授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团本发明涉及具有改进的冷冻启动的分隔板设计。具体地,公开了一种燃料电池板,所述燃料电池板包括:第一单极板;第二单极板,所述第二单极板与所述第一单极板协作以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间并且与冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有设置在第一部分与第三部分之间并且与反应剂出口相邻的第二部分,其中所述第二部分与所述反应剂入口隔开第一距离,所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂入口隔开的距离大于所述第一距离。

权利要求书

1.一种燃料电池板,包括:第一单极板,所述第一单极板具有形成在其表面上的流动通道;第二单极板,所述第二单极板具有形成在其表面上的流动通道并且与所述第一单极板接合,所述第一单极板和所述第二单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂出口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂出口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂出口隔开的距离大于所述第一距离。2.根据权利要求1所述的燃料电池板,其中,所述冷却剂流动通道的所述第二部分是曲线状部分和直线状部分中的一种。3.根据权利要求2所述的燃料电池板,其中,所述第二部分大体上为U形的。4.根据权利要求2所述的燃料电池板,其中,所述第一部分和所述第三部分是大体上线状或者弓形中的一种。5.根据权利要求1所述的燃料电池板,进一步包括:设置在所述第一单极板和所述第二单极板之间的密封件,以在所述反应剂入口和所述冷却剂流动通道之间提供流体密封。6.根据权利要求5所述的燃料电池板,其中,所述密封件是焊接接缝、粘合剂接缝、以及弹性体接缝中的一种。7.根据权利要求1所述的燃料电池板,进一步包括多个端口,所述多个端口形成在所述第一单极板和所述第二单极板的每个中并且与所述反应剂入口和所述反应剂出口的至少一个相邻,所述多个端口在所述反应剂入口和所述反应剂出口的至少一个与形成在所述第一单极板和所述第二单极板上的流动通道之间提供流体连通。8.根据权利要求7所述的燃料电池板,其中,所述冷却剂流动通道的第二部分的至少一部分设置在一对所述端口之间。9.一种燃料电池板,包括:第一单极板,所述第一单极板具有形成在其表面上的流动通道;第二单极板,所述第二单极板具有形成在其表面上的流动通道并且与所述第一单极板接合,所述第一单极板和所述第二单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、曲线状的第二部分、以及第三部分,所述曲线状的第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂出口相邻,其中所述曲线状的第二部分以第一距离与所述反应剂出口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂出口隔开的距离大于所述第一距离。10.一种燃料电池,包括:第一单极板;第二单极板,所述第二单极板与所述第一单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂入口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂入口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂入口隔开的距离大于所述第一距离。

说明书

具有改进的冷冻启动的分隔板设计

技术领域

本发明涉及燃料电池板组件,具体而言涉及一种双极燃料电池板组件,所述双极燃料电池板组件由第一单极板和第二单极板通过以下方式形成:所述第一单极板和第二单极板协作以在其间形成冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道中的一个具有设置在第一部分和第三部分之间的第二部分,所述第二部分设置成与所述双极燃料电池板组件的反应剂出口相邻,或者设置成与其反应剂出口和反应剂入口相邻。

背景技术

燃料电池已经在许多应用中被用作电源。例如,已经提出将燃料电池用于电动车辆的动力设备中以替代内燃发动机。在质子交换膜(PEM)类型燃料电池中,氢气(或者含氢的气体)被供给到燃料电池的阳极侧,且氧气作为氧化剂被供给到阴极侧。该氧气可以是纯氧(O2)或者空气。氧气和氢气可以单独地称为“反应剂”,或者共同被称为“反应剂”。PEM燃料电池包括具有薄的、可传送质子的、非导电的、固态聚合物电解质膜的膜电极组件(MEA),其中阳极催化剂在一个表面上且阴极催化剂在相反的表面上。如果扩散介质(DM)和/或者阻挡层被结合到MEA,并且可任选地与衬垫一起密封作为一个单元,那么所述单元已知为组合的电极组件(UEA)。为了形成单个燃料电池,MEA或者UEA被设置在单级板组件或者双极板组件之间。

太阳城集团双极板包括用于燃料电池堆中的相邻燃料电池的阳极侧和阴极侧。图1显示了现有技术中已知的燃料电池板110的阳极侧100。燃料电池板110由一对单极板通过例如焊接工艺或者粘接工艺联接在一起而形成。流动通道112设置在燃料电池板110的阳极侧100上,以方便使氢气流动到每个MEA或者UEA的阳极侧100。流动通道设置在燃料电池板110的阴极侧中,以方便使氧气流动到MEA或者UEA的阴极侧。燃料电池板110由例如经过涂覆或者处理的不锈钢之类的导电材料制造,使得燃料电池板110可以传导由燃料电池所产生的电。此外,形成双极燃料电池板110的单极板在其间限定冷却剂流动通道(未示出),以方便冷却流体流经其中,从而在使用期间控制燃料电池板110的温度。流经冷却剂流动通道的冷却流体可以在低于冷冻条件的启动过程期间暖热燃料电池板110。冷却剂流动通道典型地平行于形成在电池的活性区域内的燃料电池板110的阳极侧100和阴极侧上的流动通道112。

太阳城集团燃料电池板110包括入口孔118和出口孔120,以方便氢气通过燃料电池板110的流动。燃料电池板110也包括入口孔116和出口孔114,以方便氧气通过燃料电池板110的流动。燃料电池板110也包括冷却剂入口124和冷却剂出口122,以方便冷却剂在形成燃料电池板110的单级板之间的流动。如图1的燃料电池板110那样,多个单独的燃料电池板典型地被捆束在一起以形成燃料电池堆。每个燃料电池板110的入口孔116、118、124协作,以分别形成氧气入口集管、氢气入口集管和冷却剂入口集管,且每个燃料电池板110的出口孔114、120、122协作,以分别形成氧气出口集管、氢气出口集管和冷却剂出口集管。形成在入口孔118和冷却剂出口122之间的焊接接缝126以及形成在出口孔120和冷却剂入口124之间的焊接接缝128各自在入口孔118和冷却剂流动通道之间以及在出口孔120和冷却剂流动通道之间形成流体密封。在燃料电池板110的单极板之间可以形成额外的焊接接缝(未示出),以产生密封的冷却剂区段,从而减少反应剂和/或者冷却剂流失到环境中的损耗。

在使用中,使冷却剂流经冷却剂集管,并且进入到燃料电池堆的每个燃料电池板110的冷却剂入口124中。使该冷却剂流经形成在单极板之间的冷却剂流动通道。冷却剂的压力足以让冷却剂流入平行于流动通道112的每个冷却剂流动通道中。用箭头130总体上显示了冷却剂的流动。

太阳城集团所述堆的燃料电池板110通常电串联布置。所述堆之内的每个电池都可以包括UEA,每个UEA提供了电压增量。所述堆之内的一组相邻电池被称为簇。堆之内的多个电池的典型布置在共同所有的美国专利No. 5,763,113中示出并进行了说明,此处通过引用将其全部内容并入。

在燃料电池堆已经进行操作并且接着在冷冻环境条件下断电之后,燃料电池板110的流动通道112内的冷凝物可能结冰。所述冰可能在流动通道112中以及在入口端口132、入口通道133中、在出口端口134以及在出口通道135中聚集。入口端口132与入口通道133流体连通,所述入口通道133形成在单极板中间,在入口孔118和流动通道112之间提供流体连通。出口端口134与出口通道135流体连通,所述出口通道135形成在单极板中间,并且在出口孔120和流动通道112之间提供流体连通。当燃料电池堆在冷冻条件下加电时,在反应剂可以流动通过燃料电池板110之前,形成在流动通道112、端口132、134和通道133、135中的冰必须被融化。一旦冰已经融化,则燃料电池堆可以正确且有效地工作。流经所述堆的每块板110的入口孔124并且具有高于冷冻温度的温度的冷却剂将最终融化端口132、134和通道133、135中的冰,以方便反应剂流经其中,由此方便燃料电池堆的启动。利用冷却剂的流动来融化端口132、134和通道133、135中的冰所需的太阳城集团量将延迟燃料电池堆的启动和有效操作。为了加速该太阳城集团量,辅助加热器可以被用来增加冷却剂的温度,从而增加了燃料电池堆的成本和复杂性。

因此,期望开发一种具有形成在其中的冷却剂流动通道的燃料电池板,所述冷却剂流动通道的至少一部分设置成相邻于反应剂入口,以方便融化形成在所述燃料电池板上的冰,并且最小化结合有所述燃料电池板的燃料电池堆的启动太阳城集团。

发明内容

与本发明相协调和一致地,已经令人惊喜地发明了这样的燃料电池板,所述燃料电池板具有形成在其中的冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道的至少一部分设置成相邻于反应剂入口,以方便使形成在所述燃料电池板上的冰融化,并且最小化结合有所述燃料电池板的燃料电池堆的启动太阳城集团。

太阳城集团在一个实施例中,燃料电池板包括:第一单极板,所述第一单极板具有形成在其表面上的流动通道;第二单极板,所述第二单极板具有形成在其表面上的流动通道并且与所述第一单极板接合,所述第一单极板和所述第二单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及,冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分、以及第三部分,所述第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂出口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂出口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂出口隔开的距离大于所述第一距离。

在另一实施例中,燃料电池板包括:第一单极板,所述第一单极板具有形成在其表面上的流动通道;第二单极板,所述第二单极板具有形成在其表面上的流动通道并且与所述第一单极板接合,所述第一单极板和所述第二单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及,冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、曲线状的第二部分、以及第三部分,所述曲线状的第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂出口相邻,其中所述曲线状的第二部分以第一距离与所述反应剂出口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂出口隔开的距离大于所述第一距离。

在又一实施例中,燃料电池包括:第一单极板;第二单极板,所述第二单极板与所述第一单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及,冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂入口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂入口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂入口隔开的距离大于所述第一距离。

太阳城集团本发明还包括以下方案:

方案1. 一种燃料电池板,包括:

太阳城集团第一单极板,所述第一单极板具有形成在其表面上的流动通道;

第二单极板,所述第二单极板具有形成在其表面上的流动通道并且与所述第一单极板接合,所述第一单极板和所述第二单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及

冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂出口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂出口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂出口隔开的距离大于所述第一距离。

方案2. 根据方案1所述的燃料电池板,其中,所述冷却剂流动通道的所述第二部分是曲线状部分和直线状部分中的一种。

方案3. 根据方案2所述的燃料电池板,其中,所述第二部分大体上为U形的。

方案4. 根据方案2所述的燃料电池板,其中,所述第一部分和所述第三部分是大体上线状或者弓形中的一种。

方案5. 根据方案1所述的燃料电池板,进一步包括:设置在所述第一单极板和所述第二单极板之间的密封件,以在所述反应剂入口和所述冷却剂流动通道之间提供流体密封。

太阳城集团方案6. 根据方案5所述的燃料电池板,其中,所述密封件是焊接接缝、粘合剂接缝、以及弹性体接缝中的一种。

方案7. 根据方案1所述的燃料电池板,进一步包括多个端口,所述多个端口形成在所述第一单极板和所述第二单极板的每个中并且与所述反应剂入口和所述反应剂出口的至少一个相邻,所述多个端口在所述反应剂入口和所述反应剂出口的至少一个与形成在所述第一单极板和所述第二单极板上的流动通道之间提供流体连通。

太阳城集团方案8. 根据方案7所述的燃料电池板,其中,所述冷却剂流动通道的第二部分的至少一部分设置在一对所述端口之间。

太阳城集团方案9. 根据方案1所述的燃料电池板,进一步包括第二冷却剂流动通道,所述第二冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间并且与所述冷却剂出口流体连通,所述第二冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分设置在所述第二冷却剂流动通道的所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂入口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂入口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂入口隔开的距离大于所述第一距离。

太阳城集团方案10. 根据方案9所述的燃料电池板,其中,所述第二冷却剂流动通道的第二部分是曲线状部分和直线状部分中的一种。

太阳城集团方案11. 一种燃料电池板,包括:

第一单极板,所述第一单极板具有形成在其表面上的流动通道;

第二单极板,所述第二单极板具有形成在其表面上的流动通道并且与所述第一单极板接合,所述第一单极板和所述第二单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及

太阳城集团冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、曲线状的第二部分、以及第三部分,所述曲线状的第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂出口相邻,其中所述曲线状的第二部分以第一距离与所述反应剂出口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂出口隔开的距离大于所述第一距离。

太阳城集团方案12. 根据方案11所述的燃料电池板,其中,所述曲线状的第二部分大体上为U形的。

方案13. 根据方案11所述的燃料电池板,其中,所述第一部分和所述第三部分是大体上线状和弓形中的一种。

方案14. 根据方案11所述的燃料电池板,进一步包括:设置在所述第一单极板和所述第二单极板之间的密封件,以在所述反应剂入口和所述冷却剂流动通道之间提供流体密封。

方案15. 根据方案14所述的燃料电池板,其中,所述密封件是焊接接缝、粘合剂接缝、以及弹性体接缝中的一种。

太阳城集团方案16. 根据方案11所述的燃料电池板,进一步包括:多个端口,所述多个端口形成在所述第一单极板和所述第二单极板的每个中,并且与所述反应剂入口和所述反应剂出口的至少一个相邻,所述多个端口在所述反应剂入口和所述反应剂出口的至少一个与形成在所述第一单极板和所述第二单极板上的流动通道之间提供流体连通。

太阳城集团方案17. 根据方案16所述的燃料电池板,其中,所述冷却剂流动通道的曲线状的第二部分的至少一部分设置在一对所述端口之间。

太阳城集团方案18. 根据方案11所述的燃料电池板,进一步包括第二冷却剂流动通道,所述第二冷却剂流动通道形成在所述第一单极板与所述曲线状的第二单极板中间,并且与所述冷却剂出口流体连通,所述第二冷却剂流动通道具有第一部分、曲线状的第二部分、以及第三部分,所述曲线状的第二部分设置在所述第二冷却剂流动通道的所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂入口相邻,其中所述曲线状的第二部分以第一距离与所述反应剂入口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂入口隔开的距离大于所述第一距离。

太阳城集团方案19. 一种燃料电池,包括:

第一单极板;

第二单极板,所述第二单极板与所述第一单极板协作,以形成具有冷却剂入口、冷却剂出口、反应剂入口和反应剂出口的双极板;以及

太阳城集团冷却剂流动通道,所述冷却剂流动通道形成在所述第一单极板和所述第二单极板中间,与所述冷却剂入口流体连通,所述冷却剂流动通道具有第一部分、第二部分和第三部分,所述第二部分设置在所述第一部分与所述第三部分之间并且与所述反应剂入口相邻,其中所述第二部分以第一距离与所述反应剂入口隔开,并且所述第一部分和所述第三部分每个与所述反应剂入口隔开的距离大于所述第一距离。

方案20. 根据方案19所述的燃料电池板,其中,所述冷却剂流动通道的所述第二部分是曲线状部分和直线状部分中的一种。

附图说明

太阳城集团当结合附图进行考虑,由以下对优选实施例的详细说明,本发明的上述以及其他优点对于本领域普通技术人员而言将变得显而易见,附图中:

图1是现有技术中已知的燃料电池板的部分俯视平面图;

太阳城集团图2是根据本发明实施例的燃料电池堆的分解透视图;

太阳城集团图3是图2中图示的燃料电池堆的燃料电池板的局部俯视平面图;

图4是图3中图示的燃料电池板的放大的局部俯视平面图;以及

图5是图3中图示的根据本发明实施例的燃料电池板的放大局部俯视平面图,其中单极板被移除以显示冷却剂流动通道。

具体实施方式

太阳城集团随后的详细说明和附图描述和图示了本发明的各种示例性实施例。所述说明和附图都用于使本领域普通技术人员能够制造和使用本发明,而不是旨在以任何方式限制本发明的范围。

图2描述了具有一对膜电极组件12的燃料电池堆10,所述一对膜电极组件12由导电双极板14彼此分隔开。为了简洁,在图2中只显示和描绘了一个双电池堆(即一块双极板),但要理解的是,典型的燃料电池堆10将具有许多更多的电池和双极板。

膜电极组件12和双极板14被堆叠在一起并且位于一对夹持板16、18和一对单极端板20、22之间。夹持板16、18与端板20、22通过密封件或者介电涂层(未示出)而电绝缘。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典型地是用于分配气体反应剂的流场,例如在膜电极组件12的阴极上分配氧气或者空气,在其阳极上分配氢气。氢气和氧气/空气可以被分别称为“反应剂”,或者可以被共同称为“反应剂”。

单极板14典型地通过传统的用于成形片材金属的工艺来形成,所述工艺例如冲压、机加工、模制、或者通过光刻掩模的光蚀刻。在一个实施例中,双极板14由随后通过任何传统工艺(例如焊接或者粘接)来接合的单极板形成。还应当理解的是,双极板14也可以由复合材料形成。在一个特定实施例中,双极板14由石墨或者由填充石墨的聚合物形成。

可以是膜电极组件12的部件的多个非导电衬垫32防止燃料电池的泄漏,并且在燃料电池堆10的数个部件之间提供电绝缘。透气的扩散介质34与膜电极组件12相邻设置。端板20、22也分别设置成相邻于扩散介质34,同时双极板14的活性区域26、28设置成相邻于扩散介质34。

双极板14、单极端板20、22以及膜电极组件12每个均包括阴极入口36和阴极出口38、冷却剂入口42和冷却剂出口40、以及阳极入口44和阳极出口46。如图3中最佳所示,入口36、46和出口38、44的构造是逆流构造的一种。要理解的是,入口36、46可以设置在燃料电池板14的一端,出口38、44可以设置在燃料电池板14的另一端上,用于平行流动构造。燃料电池堆10的供给集管和排出集管通过使双极板14、单极端板20、22以及膜电极组件12中的各孔36、38、40、42、44、46的对齐来形成。氢气通过阳极入口导管52供给到阳极供给集管。空气通过阴极入口导管54供给到燃料电池堆10的阴极供给集管。阳极出口导管56和阴极出口导管58也被提供分别用于阳极排出集管和阴极排出集管。冷却剂入口导管62被提供用于将液体冷却剂提供给冷却剂供给集管。冷却剂出口导管60被提供用于将冷却剂从冷却剂排出集管移除。必须理解,图2中各种入口52、54、62和出口56、58、60的构造是为了说明的目的,其他构造也可以如所需地选择。

图2的双极板14在图3-5中显示了更多的细节。双极板14由一对单极板13、15形成。双极板14包括形成在其上的多个流动通道64。在活性区域26中,流动通道64是波状的。在活性区域26之外,流动通道64大体是线状的,且提供反应剂从阳极入口44至活性区域26、以及从活性区域26到阳极出口46的流动。必须理解,活性区域26的流动通道64可以大体上是线状的、蛇形的、或者如所需地具有其他构造。单极板13、15的周边66接合在一起以形成双极板14。单极板13、15可以通过例如焊接、施加粘合剂、使用弹性体接缝(elastomeric seam)之类的任何传统方式来结合在一起。通过将单极板13、15接合在一起,冷却剂流动通道65形成在单极板13、15的中间。在活性区域26中,冷却剂流动通道大体平行于流动通道64。在活性区域26之外,一部分冷却剂流动通道78适于提供从冷却剂入口40到活性区域26的冷却剂流动通道、以及从活性区域26的冷却剂流动通道到冷却剂出口42的冷却剂流动。活性区域26之外的冷却剂流动通道部分78可以具有任何所需的形状,例如线状、弓形、以及波形,以方便冷却剂从冷却剂入口40和冷却剂出口42流动到活性区域26中的冷却剂流动通道65。形成在阳极入口44和流动通道64之间以及形成在阳极出口46和所述流动通道之间的焊接接缝68在阳极入口44和冷却剂流动通道之间以及在阳极出口26和冷却剂流动通道之间形成了流体密封。焊接接缝68进一步有利于将单极板13、15接合在一起以形成双极板14。必须理解,焊接接缝68是密封件,并且焊接接缝68根据需要可以是粘合剂密封件、弹性体密封件或者金属密封件。如以下所更详细描述地,焊接接缝68具有的形状大体上类似于冷却剂流动通道70的形状。必须理解,焊接接缝可以具有任何所需的形状。额外的焊接接缝(未示出)可以形成在燃料电池板14的单极板13、15之间,以产生密封的冷却剂区段,并且防止反应剂和/或者冷却剂散逸到环境中的损耗。

冷却剂流动通道70形成在活性区域26之外。如图4、图5中最佳所示,冷却剂流动通道70是设置成最靠近阳极出口46的冷却剂流动通道65。冷却剂流动通道70包括第一部分72、第二部分74、和第三部分76。第二部分74设置在第一部分72和第三部分76之间。如图4中最佳所示,第一部分72和第三部分76大体是线状的。第二部分74大体是具有大致U形的曲线状。第二部分74可以如所需具有直线形状、V形、或者任何其他形状。冷却剂流动通道70的第二部分74的至少一部分设置在形成于双极板14中的入口端口80之间。冷却剂流动通道70的部分72、74、76形成在单极板13中。冷却剂流动通道70通过单极板13和单极板15的协作来形成。必须理解,所述部分72、74、76可以形成在单极板15中,或者所述部分72、74、76中的一个或多个可以形成在单极板15中而剩余的部分则形成在单极板13中。

利用具有这样的第二部分74的燃料电池板14已经获得了有利的结果,其中所述第二部分74形成为尽可能地靠近出口端口80,使得其间只有焊接接缝68。出口端口80方便流体从流动通道64、经过形成在单极板13、15中间的通道81、流动到阳极出口46。第二部分74的至少一部分形成在双极板14中,与阳极出口46离开第一距离。第一部分72和第三部分76形成在双极板14中,它们所具有的离开阳极出口46的距离大于所述第一距离。必须理解,冷却剂流动通道70可以包括设置在第一部分72和第三部分76之间、并且具有与第二部分74的形状大体上相似的形状的第四部分(未示出)。

大体上与冷却剂流动通道70相同的第二冷却剂流动通道82形成在双极板14中并且位于活性区域26之外。第二冷却剂流动通道82是离阳极入口44最近的冷却剂流动通道。必须理解,双极板14可以只包括冷却剂流动通道70和第二冷却剂流动通道82中的一个,并且冷却剂流动通道70、82可以如所需地具有相同的形状或者不同的形状。

在使用中,使冷却剂从源(未示出)流动通过燃料电池堆10的冷却剂入口导管60。使冷却剂从冷却剂入口导管60流动到双极板14的冷却剂入口42中。冷却剂的流动总体上用箭头63来显示。使冷却剂流经冷却剂流动通道78的一部分,并流至双极板14的活性区域26中的冷却剂流动通道。还使冷却剂从冷却剂入口42流动,并且进入冷却剂流动通道70。然后,使冷却剂流经冷却剂流动通道70的第二部分74和第三部分76,并且接着流到活性区域26的冷却剂流动通道。在低于冷冻条件中的燃料电池堆10的启动操作期间,使冷却剂流经冷却剂流动通道70的第二部分74,从而将热能传输到从通道81和端口80流经阳极出口46的反应剂,由此增加了反应剂的温度,其中,通道81和端口80都与冷却剂流动通道70的第二部分相邻。通过增加阳极出口46中的反应剂的温度,导致形成在流动通道64中或者形成在端口80和通道81中的冰融化,并且通过端口80和通道81的反应剂的流量被最大化,由此最小化燃料电池堆10的启动太阳城集团和最大化燃料电池堆10的操作效率。与冷却剂流动通道70相似,在低于冷冻条件的燃料电池堆10的启动操作期间使冷却剂流经第二冷却剂流动通道82,从而将热能传输到流经阳极入口44的反应剂,由此增加了反应剂的温度。通过增加阳极入口44中的反应剂的温度,导致形成在流动通道64中、或者端口86中或者通道84中的冰融化,并且反应剂流经端口86的流量被最大化,由此最小化燃料电池堆10的启动太阳城集团以及最大化燃料电池堆10的操作效率。冷却剂也将热能传输到设置成相邻于第二冷却剂流动通道82的第二部分的一对端口86,以导致所述一对端口86中的任何冰都融化,由此最大化反应剂通过所述一对端口86的流量,从而最小化燃料电池堆10的启动太阳城集团以及最大化燃料电池堆10的操作效率。

太阳城集团从前述的说明,本领域普通技术人员能够很容易地确定本发明的实质特点,而不会偏离其精神和范围,并且可以对本发明进行各种改变和修改,以使其适应各种用途和情形。

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