[发明专利]燃料电池总成

说明书

本发明涉及燃料电池总成，具体地说涉及用于安装开放式阴极燃料电池堆的外壳。

常规电化学燃料电池将通常呈气流形式的燃料和氧化剂二者转化为电能和反应产物。用于使氢和氧反应的常见电化学燃料电池类型包括聚合物离子(质子)转移膜，其中燃料和空气在所述膜的各侧上穿过。质子(即氢离子)通过所述膜传导，由通过连接燃料电池的阳极和阴极的电路传导的电子平衡。为了增加可用电压，可形成包括多个此类膜的堆叠，所述膜布置有分开的阳极和阴极流体流动路径。此堆叠通常呈包括众多单独燃料电池板的块形式，所述燃料电池板由在所述堆叠的任一端处的端板固持在一起。

因为燃料与氧化剂的反应产生热量以及电能，所以一旦已达到操作温度，燃料电池堆需要冷却。可通过迫使空气通过阴极流体流动路径来实现冷却。在开放式阴极堆叠中，氧化剂流动路径和冷却剂路径是相同的，即迫使空气通过堆叠既为阴极供应氧化剂，又冷却堆叠。

当使用紧凑总成时，提供均匀空气输送至燃料电池内的阴极电极表面可能具有挑战性。在紧密体积包装限制的情况下，使用充气外形和体积可能是不可行的。

根据本发明的第一方面，提供一种燃料电池总成，所述总成包括：

呈堆叠形式的多个燃料电池板，所述堆叠限定：

空气入口面和/或空气出口面；以及

两个相对接合面；以及

可拆卸盖，其被构造成可释放地接合所述两个接合面，以便限定具有所述空气入口面或空气出口面的空气腔室

以这种方式提供空气腔室可提供灵活性，以方便地提供与可拆卸盖相关联的不同功能。举例来说，可提供锥形空气腔室和/或在空气腔室中提供一个或多个其它部件。此外，将盖联接至燃料电池板的接合面而不是空气入口面可减少或避免与流入空气入口面中的空气的任何干扰。

可拆卸盖的使用可避免对复杂管道系统的需求，否则将需要所述复杂管道系统以用于提供阴极空气至封闭式阴极燃料电池堆中的端口。

燃料电池总成可进一步包括具有非圆形横截面的两个杆。每个杆可与接合面中的一个并排延伸，且可为可旋转的，以便可释放地提供可拆卸盖与相应接合面之间的密封。杆的横截面可为凸轮形，或可为具有扁平边缘的圆形。使用具有非圆形横截面的杆可使杆的位于可拆卸盖与接合面之间的厚度能够在杆旋转时改变。即，可通过旋转杆来增加由杆施加至可拆卸盖和接合面的向外压力，从而改进可拆卸盖与接合面之间的密封。

可拆卸盖可包括用于接收杆的凹部。在凹部中提供杆可改进可拆卸盖与燃料电池板之间的接合，并且还可降低当可拆卸盖和燃料电池板接合在一起时，它们变得分离的可能性。

多个燃料电池板可各自包括两个突出部，每个突出部与两个接合面中的一个相关联。可拆卸盖可被构造成可释放地接合所述突出部。提供这类突出部可使空气腔室能够被提供而不会显著地施加力至燃料电池板的活性区域。

两个突出部可使接合面延伸超出空气入口面或空气出口面。

两个突出部可为响应于杆的旋转可变形的。突出部可为弹性体的。使用可变形/弹性体突出部可因弹力而改进可拆卸盖与燃料电池板之间的密封，所述弹力在可拆卸盖接合突出部时由被压缩的突出部产生。

可拆卸盖可包括两个凹部，每个凹部被构造成接收两个杆中的一个和两个突出部中的一个。所述凹部可具有用于接合相应突出部的第一内表面和用于接合相应杆的第二内表面。这类凹部可通过将可拆卸盖和突出部维持在相对于彼此的固定位置中来改进它们之间的密封。

每个突出部可包括突出部唇缘。每个凹部可包括凹部唇缘。突出部唇缘可被构造成当突出部位于凹部中时与凹部唇缘接合，以便限制突出部移动离开凹部。

堆叠可包括两个端板，所述两个端板被构造成与可拆卸盖接合，以便限定空气腔室的两个相对端。有利的是，可用于压缩堆叠的端板还可用于限定空气腔室。

可拆卸盖可包括空气腔室入口和/或空气腔室出口。可拆卸盖可被构造成限定在空气腔室朝向或远离空气入口或空气出口延伸时具有变化的横截面面积的空气腔室。这种空气腔室的几何形状可被设计，以便例如通过提供具有总体上均匀压力的空气至每个燃料电池板来改进燃料电池堆的性能。

可拆卸盖可为第一可拆卸盖，所述第一可拆卸盖被构造成限定具有空气入口面的空气腔室。燃料电池总成可进一步包括第二可拆卸盖，所述第二可拆卸盖被构造成可释放地接合两个接合面，以便限定具有空气出口面的空气腔室。将了解的是，本文所公开的可拆卸盖的任何特征可应用于第一可拆卸盖和第二可拆卸盖中的任一者或两者。

燃料电池总成可进一步包括与空气腔室处于流体连通的热交换器。热交换器可直接附接至盖。