具有選擇冷卻能力分布的燃料電池部件的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]燃料電池被用于基于電化學反應來產生電力。各種部件被包括在燃料電池單元內。這些部件中的許多典型地被實現為板或片的形式。例如，反應物沿著形成在板中的通道遍及燃料電池而分布。在板中的冷卻劑分布通道有助于冷卻劑流體移動經過燃料電池。
[0002]在燃料電池中提供足夠的冷卻劑是必需的，以防止膜降級，膜降級會導致降低的燃料電池性能或部件故障。典型的冷卻劑通道構型將冷卻劑沿著多個通道從包括冷卻劑入口的一側跨過板引導至包括冷卻劑出口的相對側。此類構型已經被證實對于許多燃料電池布置是有用的，但是所述構型不能夠在所有可能的燃料電池構型中都充分地滿足冷卻需求。
【發明內容】
[0003]示例性燃料電池部件包括具有多個通道的板。所述通道中的至少第一個通道與其它通道不同地構造成，使得所述第一通道提供第一冷卻能力至所述板的選擇部分。所述其它通道提供較小的第二冷卻能力至所述板的至少一個其它部分。
[0004]控制燃料電池內的溫度的示例性方法包括:提供第一冷卻能力至燃料電池的至少一個部件的選擇部分。較小的第二冷卻能力被提供給至少一個燃料電池部件的至少一個其它部分。
[0005]本領域技術人員從下列詳細說明將顯而易見到所公開的示例性實施例的各個特征和優點。隨附詳細說明的附圖可以被簡要地描述如下。
【附圖說明】
[0006]圖1示意性地示出燃料電池的選擇部分。
[0007]圖2示意性地示出示例冷卻劑分布布置的選擇特征。
[0008]圖3示意性地示出對如圖2中所示示例有用的特征。
[0009]圖4示意性地示出另一示例性冷卻劑分布布置的選擇特征。
[0010]圖5示意性地示出另一示例性冷卻劑分布布置的選擇特征。
【具體實施方式】
[0011]圖1是電化學電池的示意性橫截面圖，所述電化學電池例如是燃料電池10，其用于產生電能。示例性燃料電池10包括多個部件，例如流體傳輸板12和14。在一個示例中，流體傳輸板12被稱作陰極水傳輸板，且流體傳輸板14被稱作陽極水傳輸板。陰極和陽極水傳輸板12和14在膜電極組件16的相對兩側處，該膜電極組件16包括電解質，例如質子交換膜18、陰極催化劑20和陽極催化劑22。可以包括額外的已知部件，例如氣體擴散層，但是其并未在圖1中示出。
[0012]陰極水傳輸板12包括彼此流體連通以及與陰極催化劑20流體連通的多個流體流動通道32。示例性流體傳輸板12還包括構造成在此示例中運送冷卻劑的流體流動通道34。類似地，陽極傳輸板14包括彼此流體連通以及與陽極催化劑22流體連通的流體流動通道36。冷卻劑通道38被設置在傳輸板14上。在一個示例中，通道32在燃料電池內引導例如空氣的氧化劑，且通道36引導例如氫的燃料經過燃料電池。
[0013]圖2示意性地示出了在板12上的示例性冷卻劑分布布置。在此示例中，通道34被定位用于沿著板12分布冷卻劑且將冷卻劑分布成跨過板12的大部分。在此示例中，反應物(例如空氣)以如箭頭40所示意性示出的方向移動經過燃料電池。這會導致燃料電池的一部分變得比其它部分更熱。如圖2中所示，在板12上的區域或部分42與在燃料電池運行期間經歷更高溫度的燃料電池的部分對齊。在圖2中的冷卻劑分布布置構造成與提供至板12的至少一個其它部分的冷卻能力相比會提供更高的冷卻能力至部分42。提供更大的冷卻能力至部分42解決了對于降低在燃料電池的在燃料電池運行期間變得更熱的部分的溫度的需要。
[0014]在圖2的示例中的通道34包括與其它通道34不同地構造的第一通道34A。在此示例中，與其它通道34相比，通道34A具有更大的流動能力。與較小的流動能力相比，更大的流動能力允許每個單位時間傳送更多體積的冷卻劑。在一個示例中，與其它通道34的橫截面相比，通道34A具有更大的橫截面。在此示例中，橫截面被認為處于與冷卻劑流經通道的方向大體垂直的方向。
[0015]在圖2的示例中，冷卻劑流經入口 44而進入通道34、34A中，且通過冷卻劑出口 46離開。如從圖中所能夠領會到的，通道34A正好提供大量的冷卻劑至部分42以提供在此部分處的增加的冷卻能力。在此示例中，與板12的其它部分相比，更多的冷卻劑被提供至部分42。與板12的其它部分相比，更多體積的冷卻劑提供了沿著部分42的更大的冷卻能力。
[0016]雖然圖2的示例示出了與其它通道34不同地構造的單個通道34A，但是可以提供被特別地構造成傳送更大的冷卻能力至燃料電池部件的選擇部分的多個通道，所述選擇部分與遭受更高溫度的燃料電池的區域相對應。
[0017]圖3示意性地示出了用于向或者沿著燃料電池部件的選擇部分42提供更大的冷卻能力的另一示例性布置。此示例包括沿著第一通道34A的長度的至少一些的絕熱構件50。在此示例中絕熱構件50包括管，其阻止管50內的冷卻劑與管50內的冷卻劑附近的燃料電池的部分之間的熱交換。與在冷卻劑暴露從而會允許冷卻劑與燃料電池內的周圍環境之間的熱交換的情況下冷卻劑會具有的溫度相比，阻止沿著第一通道34A的長度的至少一些的熱交換會在冷卻劑到達部分42的區域時提供具有更低溫度的冷卻劑。絕熱構件50有助于傳送更低溫度的冷卻劑至燃料電池部件的選擇部分。這會提供冷卻劑最終被暴露以用于熱交換和冷卻目的所處的位置處的更大的冷卻能力。
[0018]圖4示意性地示出冷卻劑分布布置的另一示例性構型。在此示例中，每個通道34均具有相同的流動能力。通道34中的一些包括絕熱構件50，例如管，其至少部分地將其內的冷卻劑與燃料電池內的周圍環境中的熱量隔絕。與不包括絕熱構件50的附近通道34的長度的相應區段中的冷卻劑相比，流經絕熱構件或者管50的冷卻劑保持更冷。給通道34中的至少一個提供絕熱構件50來控制冷卻劑與燃料電池內的周圍環境之間沿著此通道的長度的至少一些的熱交換會允許傳送更低溫度的冷卻劑至燃料電池的選擇部分。這提