电池堆I的正面4，在输入面的整个矩形面积上延伸。空气流导引件25的网络优选地形成空气通路29的矩形网格，以便将电极23、24的网格产生的空气流导引到燃料电池堆I的阴极流体流动路径中。
[0027]因为电极网格和空气流导引件25可以在燃料电池堆空气入口面的前面直接形成许多小空气通路29的合适几何结构，所以高度层式流动可以被直接产生进入空气入口面。因此，等离子体放电风机20可紧密地耦接或直接地耦接至燃料电池堆空气入口面。此外，空气流导引件25的间隔可以根据需要与在空气入口面中的重复结构匹配和对准，所述重复结构诸如燃料电池的分层结构以及在堆叠中的每个燃料电池的平面结构内的空气流通道的间隔。
[0028]因此，可以看出图2和图3的等离子体放电风机总体上举例说明了网格板结构，所述网格板结构可以被设置在堆叠空气入口上并且一般被构造成将总体上均匀的空气流递送到堆叠空气入口中遍布大体上其整个表面面积。板结构可以被铣出匹配任意大小和形状的堆叠空气入口面的轮廓。
[0029]如图3中所示的安装到燃料电池堆的等离子体放电风机20的使用提供许多实质的益处。燃料电池堆阴极冷却通过等离子体放电风机提供的“电晕风”来满足，同时到阴极电极的富含臭氧的空气流激发电化学反应并且由于臭氧被转化回双原子氧(O2)或与穿过PEM的质子反应来形成H2O而为燃料电池提供性能提升。随着臭氧经过阴极铂催化剂或进行反应来形成H2O而在燃料电池堆内安全转化回O2确保了在燃料电池堆阴极排气中的整体臭氧含量处于可接受的安全级别。
[0030]可能来自与燃料电池堆I的几何结构紧密匹配的等离子体放电风机20的均匀空气分布促进电池平衡并且去除充气室和充气室壳体10以及在充气室壳体内的其他可能庞大或低效的空气校正部件的需要或使该需要最小化。
[0031]等离子体放电风机20的紧凑比例允许小得多的系统封装，并且因而燃料电池应用于更小的消费性产品。在示例性布置中，风机具有4mm的深度(厚度)。等离子体放电风机不具有以机械方式移动的部分，并且因此借助于比许多电机驱动的风机更低的噪声级、延长的服务寿命和更低的功耗来提供改进。在冷却空气流中的臭氧的存在还可帮助燃料电池在向阴极流动通道提供持续的灭菌剂剂量以避免在常规循环的接通和断开的燃料电池中经常出现的温暖和潮湿条件下积累细菌的方面的性能。这可减少或消除燃料电池的定期关闭和灭菌的需要。
[0032]等离子体放电风机20还可被构造成向燃料电池的其他部分提供富含臭氧的气体的辅助供给。例如，在使用水冷却的情况下(例如以不形成燃料电池的阳极或阴极流动路径的部分的单独的水冷却电路或通过直接注射水到燃料电池堆的阳极或阴极流动路径中)，可将富含臭氧的空气流的流导引通过供水以使臭氧溶于供水中。这还可以用于灭菌的目的来避免在燃料电池堆的流动通道中蓄积细菌。
[0033]在另一应用中，等离子体放电风机可被构造成向燃料电池堆的阳极燃料馈送提供富含臭氧的气体的辅助供给。在阳极燃料是从上游燃料重整电池馈送的氢的情况下，在燃料气体流中可存在不期望的高浓度的一氧化碳(CO)，可能高于许多应用所需的彡0.2ppm于H2中的CO的标准水平的纯度。由等离子体放电风机提供的臭氧丰富气体的部分还可以作为辅助供给被放到燃料电池堆供给线中以与任意CO反应，从而使其转化成C02。与比的反应还可用于提供润湿的比流，这可以有利于PEM的水合。
[0034]为了向燃料电池堆的其他部分提供富含臭氧的气体的辅助供给，可形成比燃料电池堆的空气入口面稍微更大的面积的等离子体放电风机的板布置，以及用于将富含臭氧的气体导引到其他部分的空气入口面的面积之外的等离子体放电风机后面的额外充气室。如果需要超过等离子体放电风机所供给的正压力的额外正压力，那么这可以使用额外的风机或栗，例如微型正排量栗或隔膜栗来实现。
[0035]等离子体放电风机和燃料电池堆的各种其他构造是可能的。例如，虽然图3的布置示出等离子体放电风机设置在燃料电池堆的上游以提供空气流和臭氧到燃料电池堆的阴极流动通道中，如果阴极催化剂反应不需要臭氧产生，那么等离子体放电风机可能被提供在燃料电池堆的下游，即位于燃料电池堆的背(出口)面5以将周围的空气流“牵拉”通过燃料电池堆。等离子体放电风机还可能结合用于使空气多次经过燃料电池堆的可变再循环流动路径而提供。此类布置在通过改变再循环的空气的比例提供燃料电池堆的快速预热阶段、或提供臭氧的可控制水平或湿度的可控制水平的方面可以是有利的。
[0036]在使用富含臭氧的空气流通过燃料电池堆的情况下，密封构件或垫圈26连同在燃料电池堆自身内使用的任意相关垫圈材料可以抵抗臭氧攻击的合适弹性材料而提供。
[0037]因为等离子体放电风机需要不具有移动部分，所以可以容易实现各种空气流控制选项。例如，等离子体放电风机可以被布置在单独的电可控制区中，使得到燃料电池堆的空气入口面的不同部分的空气流可以被彼此独立控制。以这种方式，可以独立于到堆叠的其他部分的空气流来局部地增大、减小或关闭到堆叠的某些部分的空气流。每个单独可控制的区可对应于在堆叠中的一个或多个完整电池或可对应于在堆叠中的一个或多个电池的部分。在另一示例中，等离子体放电风机可包括控制器以例如通过向等离子体放电施加脉冲宽度调制以便按具有调制的基础的脉冲改变通过堆叠或堆叠的部分的空气流来施加间歇的空气流控制。
[0038]其它实施方案意在处于所附权利要求书的范围内。
【主权项】
1.一种燃料电池组件，其包括: 燃料电池，其具有设置在阳极流体流板与阴极流体流板之间的膜电极组件，所述阴极流板限定用于向所述膜电极组件输送氧化剂的流动通道，所述流动通道具有入口和出口 ； 等离子体放电风机，其被构造成产生空气流进入所述入口。2.如权利要求1所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机被构造成产生空气流和臭氧流两者进入所述入口。3.如权利要求1所述的燃料电池组件，其包括以堆叠布置被构造的多个所述燃料电池，所述堆叠中的所述多个燃料电池的所述入口形成所述燃料电池堆的空气入口面， 其中所述等离子体放电风机包括设置在所述堆叠空气入口面上的板结构。4.如权利要求3所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机的所述板结构可被构造成将总体上均匀的空气流递送到所述堆叠空气入口面中遍布大体上其整个面积。5.如权利要求3所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机的所述板结构包括邻近所述板结构的第一面的第一导电构件网格，以及邻近所述板结构的第二面的第二导电构件网格。6.如权利要求5所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机的所述板结构还包括设置在所述第一导电构件网格与所述第二导电构件网格之间的空气流导引件的网络。7.如权利要求3所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机的所述板结构包括具有与所述燃料电池堆的所述空气入口面密封接合的前缘的框架。8.如权利要求7所述的燃料电池组件，其中所述框架支撑第一导电构件网格和与所述第一网格分开的第二导电构件网格，所述第一网格和第二网格被构造成分别提供下游电极网格和上游电极网格以供在所述网格之间产生空气流。9.如权利要求1所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机还被构造成向水冷却流动路径或向所述燃料电池的燃料供给线提供富含臭氧的气体的辅助供给。10.如权利要求3所述的燃料电池组件，其中所述等离子体放电风机的面积被分成多个单独可控制的区。11.如权利要求1所述的燃料电池组件，其还包括被配置成用脉冲宽度调制信号驱动所述等离子体放电风机以改变通过其中的空气流的控制器。12.—种冷却燃料电池的方法，所述燃料电池具有设置在阳极流体流板与阴极流体流板之间的膜电极组件，所述阴极流板限定用于向所述膜电极组件输送氧化剂的流动通道，所述流动通道具有入口和出口，所述方法包括: 部署等离子体放电风机以产生空气流进入所述入口。
【专利摘要】一种燃料电池组件具有燃料电池，所述燃料电池具有设置在阳极流体流板和阴极流体流板之间的膜电极组件。所述阴极流板限定用于向所述膜电极组件输送氧化剂的流动通道。所述流动通道具有入口和出口。一种等离子体放电风机被构造成产生空气流进入所述入口。所述等离子体放电风机还可被构造成产生臭氧流进入所述入口，从而增强在所述膜电极组件的所述阴极侧的电化学反应。多个所述燃料电池可以堆叠布置被构造，借此在所述堆叠中的所述多个燃料电池的所述入口形成所述燃料电池堆的空气入口面。所述等离子体放电风机可包括设置在所述堆叠空气入口面上的板结构，所述板结构被构造成将总体上均匀的空气流递送到所述堆叠空气入口面中遍布大体上其整个面积。
【IPC分类】H01M8/04014, H01M8/04029, H01M8/04089
【公开号】CN105308783
【申请号】CN201480027774
【发明人】彼得·戴维·胡德
【申请人】智慧能量有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年5月14日
【公告号】EP2997618A1, US20160087297, WO2014184549A1