便于除水的反应物流动通道构造
【专利说明】
【背景技术】
[0001]燃料电池被用作电源。燃料电池使用已知的电化学反应用于产生电能。诸如氢和氧的反应物被用于电化学反应中。
[0002]与燃料电池运行相关联的一个挑战是管理燃料电池内存在的水。所谓的浸水状况能够影响燃料电池效率，导致不良的性能。此外，当反应物燃料流动通道中积累的水致使各个位置处的燃料不足时，可能会发生碳腐蚀。
【发明内容】
[0003]一种示例性的燃料电池部件包括反应物分配板，反应物分配板包括多个通道，所述多个通道构造用于便于气体反应物流动，使得气体反应物可以用在用于在燃料电池中产生电的电化学反应中。所述通道中的每一个均具有长度，其对应于反应物气体沿着通道流动的方向。每个通道的宽度大致垂直于长度。每个通道的深度大致垂直于宽度和长度。宽度或深度中的至少一个在通道的单个纵向位置处具有至少两个不同的尺寸。
[0004]不同的宽度或深度尺寸建立了两个通道部分。通道部分中的至少一个趋向于保持没有任何液态水，使得反应物气体可以持续地沿着通道的长度流动，甚至当通道中存在液态水的时候也是如此。
[0005]参照下面对示例性实施例的详细描述，所属领域的技术人员将会明白各种实施例。详细描述的附图可简要地描述如下。
【附图说明】
[0006]图1是根据本发明的实施例设计的具有反应物流动通道的示例性燃料电池部件的示意性透视图。
[0007]图2是示出了一个示例性实施例的所选择的特征的剖视图。
[0008]图3是示出了另一个示例性实施例的所选择的特征的剖视图。
[0009]图4是示出了图3的示例在另一种条件下的剖视图。
【具体实施方式】
[0010]图1示出了一种示例性燃料电池部件。反应物分配板20包括多个通道22和肋24。通道22构造用于便于气体反应物流动。如何将反应物分配板包括在燃料电池组件中是已知的。示例性的通道22构造成便于气体反应物流动，使得气体反应物可以用在用于在燃料电池中产生电的电化学反应中。
[0011]通道22中的每一个均具有长度L，长度L对应于气体流动经过通道的方向。每个通道22包括宽度尺寸W，其大致垂直于长度L。该示例中的每个通道具有至少两个不同的宽度尺寸。两个宽度尺寸WjPW2在图1中示出。每个通道还具有深度尺寸，其大致垂直于长度和宽度。示出的示例包括至少两个不同的深度尺寸。示出了深度尺寸DjP D2。
[0012]在该示例中，每个通道22包括多个表面。第一表面30在通道32的外边缘至第二表面32之间延伸。第二表面32和外边缘之间的距离对应于深度D2。第三表面34平行于第一表面30并且垂直于第二表面32。第四表面36与外边缘间隔的距离对应于深度Dp
[0013]第五和第六表面38和40与第二和第三表面32和34类似地定位，但位于通道22的相对侧。表面34和38之间的距离对应于宽度Wp第七表面42在第六表面40和通道22的对应侧的外边缘之间延伸。表面30和42之间的距离对应于宽度W2。
[0014]示出的示例中的不同的宽度尺寸和不同的深度尺寸存在于通道22中的相同的纵向位置处。换句话说，沿垂直于长度L的方向截取的气体反应物分配板20的截面包括不同的宽度和不同的深度尺寸。在示出的示例中，沿每个通道的整个长度存在不同的宽度和深度尺寸。
[0015]如能够从图2中所理解的，其是示例性实施例的剖视图，不同的宽度尺寸和不同的深度尺寸建立了沿着每个通道22的两个通道部分44和46。两个通道部分便于允许气体沿着每个通道22流动，甚至当通道中以及积累了液态水的时候也是如此。每个通道22的构造便于液态水聚集在部分44或46中的一个中，而另一个部分保持至少部分地没有水，以允许气体流动经过通道。
[0016]图2示意性地示出通道22中的一个内在50处的液态水。示出的示例的构造和通道内的不同尺寸便于水50趋向于聚集在通道的第一部分44中。该示例中的第二部分46保持是空的，使得气体可以至少流动经过通道的第二部分46。
[0017]示出的示例的一个特征是，经过第二部分46的反应物气体的持续流动趋向于促使液态水50被带出通道22。所示出的构造不仅允许反应物气体持续的流动经过每个通道22，还便于随着反应物气体持续移动经过通道而移除液态水。
[0018]在图2的示例中，气体反应物分配板的材料至少沿通道22的内表面30-42是疏水的。所示出的示例的两个不同的毛细管半径趋向于使水滴不稳定，导致在图2中50处示意性示出的类型的水积累。液态水的这种水滴或水泡趋向于通过气体反应物持续流动经过通道22的第二部分46而被带出通道。
[0019]图3和图4示出了另一个示例，其中，用于制造气体反应物分配板20的材料至少沿通道22的表面30-42是亲水的。亲水表面趋向于使存在于通道内的任何液态水朝向表面附着。在该示例中，由尺寸WpW2AjP D2建立的两个不同的毛细管半径趋向于使水膜不稳定。在图3和4的示例中的通道22内的任何液态水趋向于进入具有更小毛细管半径的区域。图3在通道中的一个内的52和54处示意性地示出液态水。如能够理解的，通道的实质部分对于流动经过通道22的反应物气体保持开放。图4示意性地示出了积累在通道22内的另外的液态水56。在该示例中，通道22的第一部分44的至少一部分对于流动经过该通道的气体反应物保持开放。
[0020]在一些示例中，通道22内的表面中的至少一个是亲水的，而其他表面中的至少一个是疏水的。这样的示例允许在通道22内选择性地引导含水量，而同时实现如下益处:在通道内部具有不同的尺寸，以便建立通道的不同部分来应对任何液态水积累，使得不会阻碍反应物气体流动经过通道。
[0021]流动通道22的构造防止液态水阻塞任何通道。这确保了燃料电池内的更好的气体反应物分配。所示出的示例提供了气体反应物进入的增强，燃料电池性能的增强和碳腐蚀的减少。
[0022]先前的描述是示例性的，而非实质上地限定。所属领域的技术人员将会明白所公开的示例的变型和修改，而不必偏离本发明的本质。赋予本发明的合法保护范围仅可通过研宄所附权利要求而确定。
【主权项】
1.一种燃料电池部件，包括: 反应物分配板，所述反应物分配板包括多个通道，所述多个通道构造用于便于气体反应物流动，使得气体反应物能够用在用于在燃料电池中产生电的电化学反应中，所述通道中的每一个均具有长度、宽度和深度，所述长度对应于反应物气体沿着所述通道流动的方向，所述宽度大致垂直于所述长度，所述深度大致垂直于所述宽度和所述长度，所述宽度或所述深度中的至少一个在单个纵向位置处具有至少两个不同的尺寸。2.如权利要求1的燃料电池部件，其中，每个通道具有 第一通道部分，其在所述单个位置处具有第一截面面积；和 第二通道部分，其在所述单个位置处具有第二、不同的截面面积。3.如权利要求2的燃料电池部件，其中 所述第一通道部分具有第一截面几何形状；并且 所述第二通道部分具有第二截面几何形状。4.如权利要求3的燃料电池部件，其中，所述第一和第二截面几何形状为相同的形状。5.如权利要求4的燃料电池部件，其中，所述第一和第二截面几何形状是大致矩形的。6.如权利要求1的燃料电池部件，其中，每个通道具有至少一个亲水的表面。7.如权利要求6的燃料电池部件，其中，每个通道具有至少一个疏水的其他表面。8.如权利要求1的燃料电池部件，其中，所述宽度和所述深度均在所述单个纵向位置处具有至少两个不同的尺寸。
【专利摘要】一种示例性的燃料电池部件包括反应物分配板，反应物分配板包括多个通道，所述多个通道构造用于便于气体反应物流动，使得气体反应物可以用在用于在燃料电池中产生电的电化学反应中。所述通道中的每一个均具有长度，其对应于反应物气体沿着通道流动的方向。每个通道的宽度大致垂直于所述长度。每个通道的深度大致垂直于所述宽度和所述长度。所述宽度或所述深度中的至少一个在通道的单个纵向位置处具有至少两个不同的尺寸。
【IPC分类】H01M8/02, H01M8/04
【公开号】CN104885271
【申请号】CN201280075687
【发明人】R·M·达林
【申请人】百拉得动力系统公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2012年9月7日
【公告号】EP2893585A1, US20150244003, WO2014039048A1