CN104584295A - 具有选择冷却能力分布的燃料电池部件 - Google Patents

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Abstract

示例性燃料电池部件包括具有多个通道的板。所述通道中的至少第一通道与其它通道不同地构造成，使得所述第一通道提供第一冷却能力至所述板的选择部分。所述其它通道提供较小的第二冷却能力至所述板的至少一个其它部分。

Description

具有选择冷却能力分布的燃料电池部件
背景技术
燃料电池被用于基于电化学反应来产生电力。各种部件被包括在燃料电池单元内。这些部件中的许多典型地被实现为板或片的形式。例如，反应物沿着形成在板中的通道遍及燃料电池而分布。在板中的冷却剂分布通道有助于冷却剂流体移动经过燃料电池。
在燃料电池中提供足够的冷却剂是必需的，以防止膜降级，膜降级会导致降低的燃料电池性能或部件故障。典型的冷却剂通道构型将冷却剂沿着多个通道从包括冷却剂入口的一侧跨过板引导至包括冷却剂出口的相对侧。此类构型已经被证实对于许多燃料电池布置是有用的，但是所述构型不能够在所有可能的燃料电池构型中都充分地满足冷却需求。
发明内容
示例性燃料电池部件包括具有多个通道的板。所述通道中的至少第一个通道与其它通道不同地构造成，使得所述第一通道提供第一冷却能力至所述板的选择部分。所述其它通道提供较小的第二冷却能力至所述板的至少一个其它部分。
控制燃料电池内的温度的示例性方法包括：提供第一冷却能力至燃料电池的至少一个部件的选择部分。较小的第二冷却能力被提供给至少一个燃料电池部件的至少一个其它部分。
本领域技术人员从下列详细说明将显而易见到所公开的示例性实施例的各个特征和优点。随附详细说明的附图可以被简要地描述如下。
附图说明
图1示意性地示出燃料电池的选择部分。
图2示意性地示出示例冷却剂分布布置的选择特征。
图3示意性地示出对如图2中所示示例有用的特征。
图4示意性地示出另一示例性冷却剂分布布置的选择特征。
图5示意性地示出另一示例性冷却剂分布布置的选择特征。
具体实施方式
图1是电化学电池的示意性横截面图，所述电化学电池例如是燃料电池10，其用于产生电能。示例性燃料电池10包括多个部件，例如流体传输板12和14。在一个示例中，流体传输板12被称作阴极水传输板，且流体传输板14被称作阳极水传输板。阴极和阳极水传输板12和14在膜电极组件16的相对两侧处，该膜电极组件16包括电解质，例如质子交换膜18、阴极催化剂20和阳极催化剂22。可以包括额外的已知部件，例如气体扩散层，但是其并未在图1中示出。
阴极水传输板12包括彼此流体连通以及与阴极催化剂20流体连通的多个流体流动通道32。示例性流体传输板12还包括构造成在此示例中运送冷却剂的流体流动通道34。类似地，阳极传输板14包括彼此流体连通以及与阳极催化剂22流体连通的流体流动通道36。冷却剂通道38被设置在传输板14上。在一个示例中，通道32在燃料电池内引导例如空气的氧化剂，且通道36引导例如氢的燃料经过燃料电池。
图2示意性地示出了在板12上的示例性冷却剂分布布置。在此示例中，通道34被定位用于沿着板12分布冷却剂且将冷却剂分布成跨过板12的大部分。在此示例中，反应物（例如空气）以如箭头40所示意性示出的方向移动经过燃料电池。这会导致燃料电池的一部分变得比其它部分更热。如图2中所示，在板12上的区域或部分42与在燃料电池运行期间经历更高温度的燃料电池的部分对齐。在图2中的冷却剂分布布置构造成与提供至板12的至少一个其它部分的冷却能力相比会提供更高的冷却能力至部分42。提供更大的冷却能力至部分42解决了对于降低在燃料电池的在燃料电池运行期间变得更热的部分的温度的需要。
在图2的示例中的通道34包括与其它通道34不同地构造的第一通道34A。在此示例中，与其它通道34相比，通道34A具有更大的流动能力。与较小的流动能力相比，更大的流动能力允许每个单位时间传送更多体积的冷却剂。在一个示例中，与其它通道34的横截面相比，通道34A具有更大的横截面。在此示例中，横截面被认为处于与冷却剂流经通道的方向大体垂直的方向。
在图2的示例中，冷却剂流经入口44而进入通道34、34A中，且通过冷却剂出口46离开。如从图中所能够领会到的，通道34A正好提供大量的冷却剂至部分42以提供在此部分处的增加的冷却能力。在此示例中，与板12的其它部分相比，更多的冷却剂被提供至部分42。与板12的其它部分相比，更多体积的冷却剂提供了沿着部分42的更大的冷却能力。
虽然图2的示例示出了与其它通道34不同地构造的单个通道34A，但是可以提供被特别地构造成传送更大的冷却能力至燃料电池部件的选择部分的多个通道，所述选择部分与遭受更高温度的燃料电池的区域相对应。
图3示意性地示出了用于向或者沿着燃料电池部件的选择部分42提供更大的冷却能力的另一示例性布置。此示例包括沿着第一通道34A的长度的至少一些的绝热构件50。在此示例中绝热构件50包括管，其阻止管50内的冷却剂与管50内的冷却剂附近的燃料电池的部分之间的热交换。与在冷却剂暴露从而会允许冷却剂与燃料电池内的周围环境之间的热交换的情况下冷却剂会具有的温度相比，阻止沿着第一通道34A的长度的至少一些的热交换会在冷却剂到达部分42的区域时提供具有更低温度的冷却剂。绝热构件50有助于传送更低温度的冷却剂至燃料电池部件的选择部分。这会提供冷却剂最终被暴露以用于热交换和冷却目的所处的位置处的更大的冷却能力。
图4示意性地示出冷却剂分布布置的另一示例性构型。在此示例中，每个通道34均具有相同的流动能力。通道34中的一些包括绝热构件50，例如管，其至少部分地将其内的冷却剂与燃料电池内的周围环境中的热量隔绝。与不包括绝热构件50的附近通道34的长度的相应区段中的冷却剂相比，流经绝热构件或者管50的冷却剂保持更冷。给通道34中的至少一个提供绝热构件50来控制冷却剂与燃料电池内的周围环境之间沿着此通道的长度的至少一些的热交换会允许传送更低温度的冷却剂至燃料电池的选择部分。这提供了相对更低温度的冷却剂最终被允许用于热交换和冷却所处的更大的冷却能力。
图5示意性地示出另一示例性布置。在此示例中，通道34中的至少一些包括绝热涂层60，其构造成阻止所述通道34的相应部分中的冷却剂与燃料电池内的周围环境之间的热交换。涂层60沿着所述通道34中的至少一个选择通道的选择长度被设置，使得当冷却剂到达没有涂层60的通道的部分处时，冷却剂与否则在合适的位置没有涂层60的情况下其将具有的温度相比会具有更低的温度。相对更低温度的冷却剂提供了在其中可能与燃料电池中的周围环境可以以不受阻碍的方式进行热交换的区域处的更大的冷却能力。
一些示例冷却剂分布布置被公开，其有助于提供不同的冷却能力至燃料电池部件的不同部分，例如用于在燃料电池的不同区域提供不同冷却程度的水传输板。示例布置允许在燃料电池的选择部分处提供更大的冷却能力，以解决在燃料电池运行期间经历更高温度的热点或区域。公开的示例允许遍及燃料电池保持更均匀的温度分布。此外，公开的示例有助于避免燃料电池部件由于升高的温度而降级，从而提高了燃料电池寿命和性能。
前述说明在本质上是示例性的，而不是限制性的。所公开示例的变型和更改对于本领域技术人员可以是显而易见的，其不必违背本发明的实质。仅能够通过研究所附权利要求来确定赋予本发明的法律保护范围。

Claims (18)

1. 一种燃料电池部件，包括：
具有多个通道的板，所述通道中的至少第一通道与其它通道不同地构造成，使得所述第一通道提供第一冷却能力至所述板的选择部分，而所述其它通道提供较小的第二冷却能力至所述板的至少一个其它部分。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池部件，其中，所述第一通道具有第一流动能力，所述第一流动能力大于所述其它通道的第二流动能力。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池部件，其中：
所述第一通道具有与沿着所述第一通道的流动方向大体垂直的第一横截面面积；
所述其它通道中的每个均具有与沿着所述其它通道中的每个的相应流动方向大体垂直的较小的第二横截面面积。
4. 根据权利要求2所述的燃料电池部件，其中：
所述第一通道在冷却周期内引导第一体积的冷却剂至所述选择区域；以及
所述其它通道在所述冷却周期内引导较小的第二体积的冷却剂至所述其它区域。
5. 根据权利要求2所述的燃料电池部件，其中：
所述第一通道包括沿着所述第一通道的至少一区段定位的绝热构件；以及
所述绝热构件构造成阻止由在所述第一通道的所述区段中的任何冷却剂进行任何热量吸收。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池部件，其中，所述第一通道的所述部分在所述第一通道的入口与所述通道的沿着所述板的所述选择部分的区段之间延伸。
7. 根据权利要求1所述的燃料电池部件，其中：
所述第一通道构造成引导具有所述第一冷却能力的冷却剂至所述板的所述选择部分；以及
所述其它通道构造成引导具有所述第二冷却能力的冷却剂至所述板的所述其它部分。
8. 根据权利要求7所述的燃料电池部件，其中，所述冷却能力包括所述冷却剂的温度，以及其中具有所述第一冷却能力的冷却剂比具有所述第二冷却能力的冷却剂更冷。
9. 根据权利要求7所述的燃料电池部件，其中：
所述第一通道包括沿着所述第一通道的至少一部分定位的绝热构件；以及
所述绝热构件构造成阻止有所述第一通道的所述部分中的任何冷却剂进行任何热量吸收。
10. 根据权利要求9所述的燃料电池部件，其中，所述第一通道的所述部分在所述第一通道的入口与所述通道的沿着所述板的所述选择部分的区段之间延伸。
11. 一种管理燃料电池内的温度的方法，包括以下步骤：
提供第一冷却能力到至少一个燃料电池部件的选择部分；以及
提供较小的第二冷却能力至所述燃料电池部件的至少一个其它部分。
12. 根据权利要求11所述的方法，包括：
提供具有多个通道的至少一个板，其中所述通道中的至少第一通道与其它通道不同地构造成，使得所述第一通道提供所述第一冷却能力至所述板的所述选择部分，且所述其它通道提供所述第二冷却能力至所述至少一个其它部分。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一通道具有第一流动能力，所述第一流动能力大于所述其它通道中的每个的第二流动能力。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述第一通道具有第一横截面面积，且所述其它通道均具有较小的第二横截面面积。
15. 根据权利要求11所述的方法，包括：
在冷却周期内引导第一体积的冷却剂至所述选择区域；
在所述冷却周期内引导较小的第二体积的冷却剂至所述其它区域。
16. 根据权利要求11所述的方法，包括：
提供沿着所述通道中的至少一个的至少一区段定位的绝热构件，其中所述绝热构件构造成阻止由所述通道的所述区段中的任何冷却剂进行任何热量吸收。
17. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一冷却能力包括在冷却周期内的冷却剂的第一体积，且所述第二冷却能力包括在所述冷却周期内的冷却剂的较小的第二体积。
18. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一冷却能力包括冷却剂的第一温度，且其中所述第二冷却能力包括所述冷却剂的较高的第二温度。
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