[发明专利]用于蒸发式冷却燃料电池的混合双极板

说明书

技术领域

混合双极板包括结合在一起的实心水平燃料流场以及多孔竖直氧化剂流场，所述混合双极板包括只（exclusively）在混合板的实心燃料流场部分的上缘上的水冷却剂通道，以提供通过多孔氧化剂流场板并且在氧化剂流通道中向下滴流的冷却剂水，以由此利用由在燃料流场板部分中的通道提供的水来蒸发式冷却燃料电池。

背景技术

燃料电池领域已知蒸发式冷却燃料电池，与将可感知的热量传送到流过该电池的循环水或者流过冷却剂板的冷却剂相比，由此得到蒸发热量的益处。

现参考图1，US 7,579,098的蒸发式冷却燃料电池功率设备36包括竖直设置的燃料电池38堆37。

来自燃料源41的燃料被提供给燃料入口42并且沿由粗线箭头43所示的第一燃料流程向右流动到燃料转向歧管44。然后，燃料气体向下流动并流入到燃料流场的第二燃料流程，其中，燃料气体如粗线箭头45所示地流动到左边。从燃料出口47，燃料可流经再循环泵48（可能具有未示出的阀）而回到燃料入口42，并且可通过阀49被定期地吹扫到环境中，这都是本领域已知的。可使用单流程、三流程或其他燃料流动构造。

在图1中，处理空气由泵52提供给空气入口53，并且该空气向上流动通过燃料电池38的氧化剂反应气体流通道，如空心箭头54所示的。从处理空气出口57，该空气在导管58中流动到冷凝器59，所述冷凝器在车辆中可以是常规散热器。更干燥的排出空气流过排出口62。来自冷凝器59的冷凝物可被引导积聚在贮存器64中，该贮存器由水返回导管65连接到水入口66。然后，水流过流体导管（典型地，微小通路67）进入到每个燃料电池38中；通路67可终止于通风歧管68，来自通路的空气从该通风歧管的移除被设置成通过通风口（例如，多孔疏水插塞通风口69）；或者，在任何给定情形中合适的情况下，该通路可以是盲端的，或者它们可在通风口69处连接到微泵，如已知的那样。

虽然存在水入口66，但是基本上无水出口，如参考图2更完整地描述的那样，水简单地存在于每个燃料电池中。在图2中，燃料电池38每个均包括常规膜电极组件72，所述膜电极组件包括电解质，所述电解质在其相对侧上具有阳极催化剂和阴极催化剂，并且在一个电极或两个电极上可包括或可不包括气体扩散层。

在图2中，燃料反应气体流过燃料反应气体流场板75中的通道74，所述燃料反应气体流场板75包括沟槽76，所述沟槽与相邻燃料电池的沟槽77一起形成微小水通路78。在阴极侧上，氧化剂反应气体流场板81包括处理空气流通道82以及沟槽83，所述沟槽与相邻燃料电池上的沟槽84一起形成微小水通路85。

为了防止过溢，反应气体典型地比通路中的水的压力高几个千帕（大约0.5 psi）。这将会自然地发生，因为空气泵52通常使空气的压力比大气压高得多，并且燃料的压力容易调节（如已知的那样）。在图1中，导管65中的水可处于大气压力下，但是只要反应气体具有稍微更高的压力，该水就可处于大气压力以外的压力下。

水通路可由除匹配沟槽（如图所示）之外的方式来形成。水通路67可仅设置在反应气体流场板75、81之一中。

反应气体流场板75、81显示为与水输送板相同，在燃料电池功率设备中有时被称为细孔版，所述燃料电池功率设备借助外部水处理来利用通过水输送板的明显水流，如在美国专利5,700,595中公开的。然而，由于与在前述专利5,700,595中的可感知热量水流冷却相比，当使用蒸发冷却时，每体积水在冷却效力上具有100对1（one hundred-to-one）的提高，所以现有技术中的水流通道的截面是图1中的水通路78、85的截面的数十倍。此外，水通路78、85的横向部分的间隔（示出在图3的燃料电池的每个结合部处）可以分离一距离，该距离是如前述专利5,700,595中的可感知热量的水流冷却系统中的水流通道的横向部分之间的间隔的数倍。水通路78、85的小截面以及其相继横向部分之间的大距离允许将反应气体流场板75、81的厚度减少大约三分之一。