冷却板、燃料电池堆叠及燃料电池制造技术

本发明专利技术提供一种具有冷却板的改良密封结构的燃料电池堆叠以及具有该燃料电池堆叠的燃料电池，在其中其的每个冷却板都具有冷却剂流动通道、围绕冷却剂流动通道的槽以及插设在槽中以防止冷却剂泄露的密封件，冷却剂流动通过该冷却剂流动通道以去除来自的燃料电池堆叠的热。密封件具有１８％到３０％的压缩比，压缩比为（（密封件的厚度－槽的高度）／密封件的厚度）×１００％。这样的燃料电池堆叠可以保持长时间的运行而不需要补充冷却剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的各个方面涉及一种具有发电反应发生在其中的堆叠的单元电池(unit cell)的燃料电池堆叠，而且更具体地，涉及一种具有冷却板(cooling plate)的改良密封结构的燃料电池堆叠以及具有该燃料电池堆叠的燃料电池。
技术介绍
燃料电池是一种发电装置(electric generator)，其通过化学反应将燃料 的化学能转变成电能，并且只要供给燃料，燃料电池就能持续发电。也就是， 当向阴极供给包括氧的空气并且向阳极供给作为燃料的氢气时，通过电解质 月莫(electrolyte membrane )由？K电解(water electrolysis )的逆反应(reverse reaction)发电。然而，通常，由单元电池产生的电不具有被使用的高压。因 此，由其中串联连接多个单元电池的堆叠发电。在上述电化学反应中，不仅发电而且也产生热。因而，为了使燃料电池 平稳地运行，这些热必须一皮去除，这借助于使冷却剂(coolant)循环通过燃 料电池堆叠。然而，如果冷却剂泄露,则在冷却燃料电池堆叠中便存在严重的 问题。因此，冷却剂的密封对保持燃料电池的性能是重要的。因此，为了具有堆叠的平稳的运行，需要开发可以严格地防止冷却剂泄 露的冷却板的结构。
技术实现思路
本专利技术的各个方面提供具有冷却板的改良密封结构的燃料电池堆叠以 及具有该燃料电池堆叠的燃料电池。根据本专利技术的一个方面，提供的冷却板具有冷却剂流动通道以及围绕冷 却剂流动通道的槽，冷却剂流动通过该冷却剂流动通道，将密封件插设入槽 中且具有18%到30%压缩比，压缩比为((密封件的厚度-槽的高度)/密封件 的厚度)x 100%。根据本专利技术的一个方面，提供的燃料电池包括多个电池，其中发生电每个都具有冷却剂流动通道以及围绕冷却剂流动通道的槽，冷却剂流动通过该冷却剂流动通道以去除来自电池的热；以及密封 件，其设置在槽中以防止冷却剂泄露并且具有18%到30%的压缩比，压缩比 为((密封件的厚度-槽的高度)/密封件的厚度)x 100%。根据本专利技术的一个方面，提供的燃料电池包括供应单元，其供给燃料 和空气；多个电池，燃料和空气在其中发生电化学反应；多个冷却板，每个 都具有冷却剂流动通道以及围绕冷却剂流动通道的槽，冷却剂流动通过该冷 却剂流动通道以去除来自电池的热；以及密封件，其设置在槽中以防止冷却 剂泄露并且具有18%到30%的压缩比，压缩比为((密封件的厚度-槽的高度) /密封件的厚度)x 100%。根据本专利技术的一个方面，与密封件相接触的槽的内壁可以具有0.11到 14(im的表面粗4造度。根据本专利技术的一个方面，在槽中密封件的填充比为50%到90%,填充比 为((密封件的截面面积)/槽的截面面积)x 100%。根据本专利技术的一个方面，密封件可以是具有50或者更低的肖氏硬度的 低硬度氟组(fluorine group )橡胶。本专利技术的附加的方面和/或优点将在下面的说明书中被部分阐述，并且， 部分地，将从说明书中是明显的或者可以由本专利技术的实践被获悉。附图说明结合附图参考下文对实施例的描述，本专利技术的这些和/或其他的方面和 优点将变得更加清楚也更好理解，其中图1为根据本专利技术的实施例的燃料电池的堆叠结构的透视图2为根据本专利技术的实施例被堆叠在图1的堆叠中的冷却板的透视图3为沿图2的线m-m剖取的截面图；以及图4为显示密封件的压缩比和汽压之间的关系的曲线图。 具体实施例方式现在将对本专利技术的实施例给出详细参考，在附图中图解了其实例，其中 通篇相同的附图标记表示相同的元件。下面将参考附图对实施例的进行描述 从而解释本专利技术的各个方面。5从而解释本专利技术的各个方面。图1为根据本专利技术的实施例的燃料电池的堆叠结构的透视图。参考图1， 堆叠IO具有这样的结构，在该结构中多个单元电池100被堆叠并且大约每5到6个单元电池100便安装冷却板200以冷却产生自电化学反应的热。每个单元电池100包括阳极(未示出)、阴极(未示出)以及设置在阳 极和阴极之间的电解质膜(未示出)。从而，当从供应单元(未示出)向阴 极供给包括氧的空气并且向阳极供给作为燃料的氢气时，随着电子流动穿过 从阳极到阴极的外部电路以与通过电解质膜的氧和氢结合来形成水而产生 电。图2为被堆叠在根据本专利技术的实施例的图1的堆叠10中的冷却板200 的透视图。参考图2，冷却板200包括冷却剂流动通道210，冷却剂(例如， 冷却水或者冷却油)通过其流动。从而，进入冷却剂入口 211的冷却剂当穿 过冷却剂流动通道210时吸收来自邻近单元电池100的热。冷却剂通过冷却 剂出口 212离开冷却剂流动通道210。离开冷却剂流动通道210的变暖的冷 却剂在通过适当的热交换器(heat exchanger)(未示出)而被冷却之后被重 复使用。密封件300，例如，O型环(O-ring),;故安装在冷却剂从其通过的冷却 剂流动通道210的附近以便防止冷却剂泄露。通过冷却剂流动通道210的变 暖的冷却剂在约15(TC的温度下通常具有高于大气压的压力，例如，约5atm (大约0.5Mpa)的压力。从而，在上述运行条件下，密封件300必须充分 地密封在流动通道210中的冷却剂。现在将对可以严密防止冷却剂泄露的密封件300的条件进行描述。图3 为沿图2的线ni-in剖取的截面图。首先，压缩比(compression rate )必须是 适当的。如图2和图3中所绘，密封件300被安装在冷却板200中的围绕冷 却剂流动通道210、冷却剂入口 211和冷却剂出口 212的槽201中，并且当 将单元电池100堆叠在堆叠10中时，其被邻近单元电池100压缩。这里， 压缩比必须适当使得堆叠10和冷却板200被适当地密封。密封件300的压 缩比可以由如下的等式1计算。等式l压缩比=((密封件的厚度-槽的高度)/密封件的厚度)x 100% 也就是，压缩比是指由压力压缩进入槽201的密封件300的厚度的份额。压缩比越高，密封功能越高。因为在槽201和密封件300之间的间隔被减少了增加的压缩比那么多，所以密封效率增加了。然而，如果压缩比是过量的，则密封件300可能失败。利用由具有50或者更低的肖氏硬度的低硬度氟组橡胶形成的密封件 300的实验结杲显示如果压缩比超过30%,则发生密封件300的损坏。因 而，压缩比可以不超过30%。在压缩比低于以上值时，例如，压缩比为21% 时，泄露约为每小时3cc。然而，当压缩比为25%时,泄露降低到每小时0.07cc 的程度。从而，冷却剂的泄露随着压缩比的增加而降低。结果，如果密封件 300的压缩比被确定不超过30%，那么可以获得适当的密封效率。然而，至 少18%的压缩比是必需的。而且，随着汽压的增加，压缩比必须也增加以保 持密封效率。对能根据汽压保持密封效率的最小的压缩比进行了模拟并且在 图4中显示了结果。因为通过冷却板200的冷却剂的汽压为约5 atm (0.5Mpa)，所以看到当压缩比为18%时，可以实现适当的密封效率。从 而，如果将压缩比适当地选择在18%到30%之间，那么可以有效地防止冷却 剂泄露。接下来，接触密封件300的槽201的内壁的表面粗糙度是影响密封件300 的密封效率的另一个因素。如果槽201的内壁的表面粗糙度太高，则由于密本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却板，其具有冷却剂流动通道以及围绕所述冷却剂流动通道的槽，冷却剂流动通过所述冷却剂流动通道，将密封件以１８％到３０％压缩比插设入所述槽中，所述压缩比为（（所述密封件的厚度－所述槽的高度）／所述密封件的厚度）×１００％；

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：慎宰英，李承宰，彭杰，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]