便于除水的反應物流動通道構造
【專利說明】
【背景技術】
[0001]燃料電池被用作電源。燃料電池使用已知的電化學反應用于產生電能。諸如氫和氧的反應物被用于電化學反應中。
[0002]與燃料電池運行相關聯的一個挑戰是管理燃料電池內存在的水。所謂的浸水狀況能夠影響燃料電池效率，導致不良的性能。此外，當反應物燃料流動通道中積累的水致使各個位置處的燃料不足時，可能會發生碳腐蝕。
【發明內容】
[0003]一種示例性的燃料電池部件包括反應物分配板，反應物分配板包括多個通道，所述多個通道構造用于便于氣體反應物流動，使得氣體反應物可以用在用于在燃料電池中產生電的電化學反應中。所述通道中的每一個均具有長度，其對應于反應物氣體沿著通道流動的方向。每個通道的寬度大致垂直于長度。每個通道的深度大致垂直于寬度和長度。寬度或深度中的至少一個在通道的單個縱向位置處具有至少兩個不同的尺寸。
[0004]不同的寬度或深度尺寸建立了兩個通道部分。通道部分中的至少一個趨向于保持沒有任何液態水，使得反應物氣體可以持續地沿著通道的長度流動，甚至當通道中存在液態水的時候也是如此。
[0005]參照下面對示例性實施例的詳細描述，所屬領域的技術人員將會明白各種實施例。詳細描述的附圖可簡要地描述如下。
【附圖說明】
[0006]圖1是根據本發明的實施例設計的具有反應物流動通道的示例性燃料電池部件的示意性透視圖。
[0007]圖2是示出了一個示例性實施例的所選擇的特征的剖視圖。
[0008]圖3是示出了另一個示例性實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。
【具體實施方式】
[0010]圖1示出了一種示例性燃料電池部件。反應物分配板20包括多個通道22和肋24。通道22構造用于便于氣體反應物流動。如何將反應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構造成便于氣體反應物流動，使得氣體反應物可以用在用于在燃料電池中產生電的電化學反應中。
[0011]通道22中的每一個均具有長度L，長度L對應于氣體流動經過通道的方向。每個通道22包括寬度尺寸W，其大致垂直于長度L。該示例中的每個通道具有至少兩個不同的寬度尺寸。兩個寬度尺寸WjPW2在圖1中示出。每個通道還具有深度尺寸，其大致垂直于長度和寬度。示出的示例包括至少兩個不同的深度尺寸。示出了深度尺寸DjP D2。
[0012]在該示例中，每個通道22包括多個表面。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應于深度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應于深度Dp
[0013]第五和第六表面38和40與第二和第三表面32和34類似地定位，但位于通道22的相對側。表面34和38之間的距離對應于寬度Wp第七表面42在第六表面40和通道22的對應側的外邊緣之間延伸。表面30和42之間的距離對應于寬度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，沿垂直于長度L的方向截取的氣體反應物分配板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，沿每個通道的整個長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通道22的兩個通道部分44和46。兩個通道部分便于允許氣體沿著每個通道22流動，甚至當通道中以及積累了液態水的時候也是如此。每個通道22的構造便于液態水聚集在部分44或46中的一個中，而另一個部分保持至少部分地沒有水，以允許氣體流動經過通道。
[0016]圖2示意性地示出通道22中的一個內在50處的液態水。示出的示例的構造和通道內的不同尺寸便于水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經過通道的第二部分46。
[0017]示出的示例的一個特征是，經過第二部分46的反應物氣體的持續流動趨向于促使液態水50被帶出通道22。所示出的構造不僅允許反應物氣體持續的流動經過每個通道22，還便于隨著反應物氣體持續移動經過通道而移除液態水。
[0018]在圖2的示例中，氣體反應物分配板的材料至少沿通道22的內表面30-42是疏水的。所示出的示例的兩個不同的毛細管半徑趨向于使水滴不穩定，導致在圖2中50處示意性示出的類型的水積累。液態水的這種水滴或水泡趨向于通過氣體反應物持續流動經過通道22的第二部分46而被帶出通道。
[0019]圖3和圖4示出了另一個示例，其中，用于制造氣體反應物分配板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的任何液態水朝向表面附著。在該示例中，由尺寸WpW2AjP D2建立的兩個不同的毛細管半徑趨向于使水膜不穩定。在圖3和4的示例中的通道22內的任何液態水趨向于進入具有更小毛細管半徑的區域。圖3在通道中的一個內的52和54處示意性地示出液態水。如能夠理解的，通道的實質部分對于流動經過通道22的反應物氣體保持開放。圖4示意性地示出了積累在通道22內的另外的液態水56。在該示例中，通道22的第一部分44的至少一部分對于流動經過該通道的氣體反應物保持開放。
[0020]在一些示例中，通道22內的表面中的至少一個是親水的，而其他表面中的至少一個是疏水的。這樣的示例允許在通道22內選擇性地引導含水量，而同時實現如下益處:在通道內部具有不同的尺寸，以便建立通道的不同部分來應對任何液態水積累，使得不會阻礙反應物氣體流動經過通道。
[0021]流動通道22的構造防止液態水阻塞任何通道。這確保了燃料電池內的更好的氣體反應物分配。所示出的示例提供了氣體反應物進入的增強，燃料電池性能的增強和碳腐蝕的減少。
[0022]先前的描述是示例性的，而非實質上地限定。所屬領域的技術人員將會明白所公開的示例的變型和修改，而不必偏離本發明的本質。賦予本發明的合法保護范圍僅可通過研宄所附權利要求而確定。
【主權項】
1.一種燃料電池部件，包括: 反應物分配板，所述反應物分配板包括多個通道，所述多個通道構造用于便于氣體反應物流動，使得氣體反應物能夠用在用于在燃料電池中產生電的電化學反應中，所述通道中的每一個均具有長度、寬度和深度，所述長度對應于反應物氣體沿著所述通道流動的方向，所述寬度大致垂直于所述長度，所述深度大致垂直于所述寬度和所述長度，所述寬度或所述深度中的至少一個在單個縱向位置處具有至少兩個不同的尺寸。2.如權利要求1的燃料電池部件，其中，每個通道具有 第一通道部分，其在所述單個位置處具有第一截面面積；和 第二通道部分，其在所述單個位置處具有第二、不同的截面面積。3.如權利要求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.如權利要求1的燃料電池部件，其中，每個通道具有至少一個親水的表面。7.如權利要求6的燃料電池部件，其中，每個通道具有至少一個疏水的其他表面。8.如權利要求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縱向位置處具有至少兩個不同的尺寸。
【專利摘要】一種示例性的燃料電池部件包括反應物分配板，反應物分配板包括多個通道，所述多個通道構造用于便于氣體反應物流動，使得氣體反應物可以用在用于在燃料電池中產生電的電化學反應中。所述通道中的每一個均具有長度，其對應于反應物氣體沿著通道流動的方向。每個通道的寬度大致垂直于所述長度。每個通道的深度大致垂直于所述寬度和所述長度。所述寬度或所述深度中的至少一個在通道的單個縱向位置處具有至少兩個不同的尺寸。
【IPC分類】H01M8/02, H01M8/04
【公開號】CN104885271
【申請號】CN201280075687
【發明人】R·M·達林
【申請人】百拉得動力系統公司
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2012年9月7日
【公告號】EP2893585A1, US20150244003, WO2014039048A1