电 池系统100; 300 ;400; 500中存在图案化抗微生物表面108、110、112; 200; 308 ;408; 508,以防 止供应到蒸发式冷却的燃料电池堆102; 302; 402; 502的冷却水受到细菌污染。
[0032] 如本文所述的燃料电池系统可适用于使用蒸发式冷却的燃料电池/燃料电池堆的 热电联供(CHP)和备用供应单元中。
[0033] 本文所述的实施方案包括抗微生物(特别是抗细菌的）的图案化表面，其抑制生物 膜/微生物/细菌生长。因此，本发明通过抑制微生物在供应用于蒸发冷却燃料电池堆的冷 却剂中的生长，有利地提供了改进的燃料电池堆组件。抗微生物图案化表面不需要具有化 学活性。
[0034] 由于具有带有凸起特征和低凹区域的图案化浮雕结构，所以图案化表面可抑制其 表面上的微生物/细菌的生长和群聚。凸起特征的尺寸和凸起特征之间的间距可在微米范 围内。凸起特征的尺寸可小到足以防止微生物沉降在凸起特征的顶部。凸起特征之间间距 的尺寸可小到足以使得微生物不能沉降在凸起特征之间。因此表面浮雕干涉微生物在表面 上的沉降和附着。生物体最小尺寸的约25%至75%尺寸的凸起特征间距可适用于抑制微生 物生物体的生物附着。
[0035] 以下讨论使用术语"冷却剂"。技术人员应了解，水(特别是纯净水或去离子水)可 用作合适的冷却剂，但是实施方案不需要局限于使用水作为合适的冷却剂。
[0036] 图la-图lc示出包括抗微生物图案化表面108、110、112的燃料电池系统100的实施 例实施方案。燃料电池系统1〇〇包括燃料电池堆102、冷却剂贮器104和配置为将冷却剂从冷 却剂贮器104供应到燃料电池堆102的冷却剂流动路径106。
[0037] 在图la中，冷却剂贮器104具有带有抗微生物图案化表面108的内壁。在冷却剂从 冷却剂贮器行进经过冷却剂流动路径106到燃料电池堆102之前，此实施方案可有效地抑制 冷却剂源处的细菌生长。在此实施例中，冷却剂贮器104的所有内壁均包括图案化抗微生物 表面108。在其他实施例中，仅一些内壁可包括图案化抗微生物表面108。
[0038] 在图lb中，冷却剂流动路径106具有包括抗微生物图案化表面110的内壁。可能冷 却剂流动路径106的一部分包括抗微生物图案化表面110,而另一部分不包括所述图案化表 面。
[0039] 在图1 c中，燃料电池堆102具有包括抗微生物图案化表面112的内表面。可能燃料 电池堆102的一些内表面包括抗微生物图案化表面112(诸如暴露于冷却剂的那些），而其他 内表面不包括所述图案化表面。燃料电池系统100的多于一个部件可包括抗微生物图案化 表面(例如，在冷却剂贮器104中和在冷却剂流动路径106中）。
[0040] 在一些实施例中，抗微生物图案化表面108、110、112可通过用具有图案化抗微生 物表面的膜涂覆部件102、104、106来施加到部件。在一些实施例中，图案化抗微生物表面 108、110、112可通过加工所述表面使其具有合适的抗微生物图案来形成在部件102、104、 106的表面上。
[0041]图2a_图2b示出示例性抗微生物图案化表面的示意图。在图2a中，示出示例性表面 200的自上至下视图。在图2b中，示出通过图2a的示例性表面的三个脊204的横截面图。表面 200可认为包括以单元重复图案从表面基面206凸起的多个微米级波纹204。微米级波纹可 为非连续的，诸如一系列不连续的脊、凸块或凸起。因此所述表面可具有带有不连续波纹的 行列/区域的波纹外观。
[0042]图2a示出包括具有六边形/菱形形状单位单元202的单元重复图案的图案化抗微 生物表面。每个单位单元202包括具有不同长度的六个平行脊204,所述脊相对于各脊之间 的间距206凸起。所述图案可认为模仿鲨鱼皮的结构，其中每个单位单元202表示鲨鱼皮鳞， 并且每个单位单元202包括类似于鲨鱼皮鳞的那些的脊204。
[0043]虽然图2a所示的表面示出不连续波纹脊204的单元重复图案，但是也可使用满足 用于抑制细菌生长和附着的标准的其他表面图案。例如，表面可包括为大致圆形、椭圆形、 三角形、正方形、长方形、五边形和/或六边形(从表面的自上至下视图看）的结构。作为另一 个实施例，抗微生物图案化表面可包括在穿过表面的条纹内的微米级结构。微米级结构可 从表面基面凸起和/或可凹陷/凹入到表面基面中。图案化抗微生物表面可包括一种或多种 不同的形状、结构高度、结构间距和/或结构宽度。
[0044]图2b图示可对此类图案化抗微生物表面限定的不同尺寸。在此实施例中，脊204和 各脊之间的间距206具有微米级尺寸。例如，脊204的宽度210可各自为在2与25微米之间。微 米级脊可跨过它们的宽度分开2与25微米之间的间距212。脊204的深度214可各自为2与20 微米之间。在一些实施例中，宽度210可大于25微米，间距212可大于25微米，和/或深度214 可大于20微米。在一些实施例中，宽度210可小于2微米，间距212可小于2微米，和/或深度 214可小于2微米。尺寸210、212、214可根据在表面200上的发育有待得到抑制的生物体尺寸 来调整。
[0045] 抗微生物图案化表面可具有在2与30之间的平均粗糙度系数，所述平均粗糙度系 数根据实际表面积与几何表面积的比率来确定。例如，完全光滑的lcm 2面积的实际表面积 和几何表面积均为lcm2,并且因此其粗糙度系数为1。随着表面由于例如波纹和表面图案化 而变得更粗糙，那么粗糙度系数增大。例如，如果使lcm 2表面图案化以使得总暴露表面的面 积为2cm2,那么粗糙度系数将为2〇
[0046] 可使用其他度量量化表面粗糙度。例如，针对表面的算术平均粗糙度系数Ra可进 行测定并且可处在有利于抑制微生物生长的特定范围中。算术平均粗糙度系数RaS横截面 粗糙度轮廓从等分线的绝对偏差的算术平均值。因此，如果沿图案化表面获取横截面，那么 与所述横截面的等分线的差值的算术平均值将得到算术平均粗糙度系数^。当然，可使用 测量粗糙度的其他方式，并且使用这些方法中的一种或多种测定的图案化抗微生物表面的 粗糙度可处在有利于抑制微生物生长的特定范围中。
[0047]虽然图2b示出在表面200上相同的脊高214、宽度210和间距212,但是在其他实施 例中，在表面200上这些尺寸中的一个或多个可变化。在其中结构陷入到表面中而不是从表 面基面凸起的实施例中，所述结构的高度可认为是从表面基面到由结构形成的凹陷/波谷 的底部的距离。
[0048] 抗微生物图案化表面可为使用抑制细菌生存和细菌通过表面微图案转移的 Sharklet?技术的Tactivex?表面。可使用其他表面。
[0049] 在一些实施例中，抗微生物图案化表面为化学上惰性的。使用这种用于冷却剂净 化的非化学系统可为有利的，因为所述表面可不需要"更新"，而仅在其化学活性由于冷却 剂清洁/净化而消减时可能需要更新化学活性组分。与化学活性的抗微生物组分相比，图案 化表面能够提供更长时间的抗微生物特性。
[0050] 抗微生物图案化表面可认为是一种无源冷却剂净化部件，因为它抑制微生物在所 述表面上的生长和发育，而不是攻击已经存在的微生物。与杀死现存微生物相比，抑制微生 物生长可能是有利的，因为如果因图案化抗微生物表面而抑制微生物在燃料电池系统上的 繁殖，那么去除死亡微生物的生物残骸的负担有所减轻。
[0051] 在其他实施例中，抗微生物图案化表面可为化学活性的。通过化学活性和非化学 表面特性（即，由于表面浮雕的物理结构)两者提供冷却剂清洁可为有利的。因此，由于抗微 生物表面的图案化，可抑制微生物的生长/繁殖，并且通过所述表面的化学活性组分可杀死 存在于冷却剂中的微生物。
[0052]图3a_图3c示出燃料电池系统300的一个示例性实施方案，所述燃料电池系统包括 燃料电池堆302、冷却剂贮器304和配置为将冷却剂从冷却剂贮器304供应到燃料电池堆302 的冷却剂流动路径306。在这些实施例中的冷却剂贮器304包括抗微生物图案化表面308。 [0053] 在图3a中，UV光源314被定位在冷却剂流动路径306中，在燃料电池堆302的上游。 UV光源可为例如UV灯或者一系列一种或多种UV发光二极管（LED)。冷却剂将经过UV光源 314，所述UV光源被配置为破坏冷却剂中的微生物。UV光源314和图案化的抗微生物表面308 的组合可认为提供了净化冷却剂的协同作用。图案化抗微生物表面308用来抑制细菌/微生 物在冷却剂中，特别是UV光不能到达的聚集体/生物层中的表面上的生长和聚集。如果在冷 却剂中存在较少、更分散的微生物（由于图案化的抗微生物表面308)，那么UV光源314能够 更有效地破坏冷却剂中的微生物，。因此，图案化抗微生物表面308的作用可通过抑制微生 物聚集体的形成来引起UV光源314更有效地破坏冷却剂中的微生物。
[0054]在图3b中，去离子装置316(诸如去离子柱)被定位在冷却剂流动路径306中，在燃 料电池堆302的上游。在其他此类实施例中，可使用配置为与冷却剂流体进行离子交换的任 何去离子装置。去离子装置316用于从冷却剂中去除无机离子和有机离子，所述离子可损坏 燃料电池堆302并且降低燃料电池堆