质子交换膜燃料电池组入口水调节系统技术方案

本发明专利技术涉及质子交换膜燃料电池组入口水调节系统。提供一种燃料电池组件，其包括位于反应物流体导管中的流体收集构件，该流体收集构件阻碍流体导管内表面的液体水进入燃料电池组件的燃料电池中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种燃料电池组，并更特别地涉及包括用于阻止液体水进入该燃料电 池组的燃料电池的系统的燃料电池组。
技术介绍
燃料电池能量系统将燃料和氧化剂(反应物)转换成电能。其中一种燃料电池能 量系统使用质子交换膜(PEM)催化地促进这种燃料(例如氢)和氧化剂(例如空气或氧气) 的反应从而产生电能。水是电化学反应中的副产物。所述PEM是一种固体聚合物电解质， 其可以促进燃料电池组的每一个单独的燃料电池中的质子从阳极向阴极的转移，这种燃料 电池组一般配备在燃料电池能量系统中。在典型的燃料电池组件中，各个单独的燃料电池包括带有通道的燃料电池板，不 同的反应物和冷却流体流过所述通道。各燃料电池板可以例如是单极性的。双极性板可以 通过组合多个单极性板而形成。氧化剂通过阴极入口集管被提供至阴极，而燃料通过阳极 入口集管被提供至阳极。水从多个通道向出口集管的运动通常由通过燃料电池组件的反应 物的流动所导致。边界层的剪力和反应物的压力辅助运送水通过这些通道，直到水通过出 口集管从燃料电池中流出。一种膜-电解质-组件(MEA)被设置在相继的板之间以促进电化学反应。所述 MEA包括阳极、阴极以及位于两者之间的电解质膜。多孔扩散介质(DM)位于MEA的两侧来 促进用于电化学燃料电池反应的反应物的传送。在燃料电池的多个通道中累积的水能够导致燃料电池性能的退化。特别的，累积的 水导致各个燃料电池板中以及在燃料电池组件内部的反应物流分布不均，从而能够造成电压 的不稳定并致使电极退化。此外，运行后残留在燃料电池中的水在低于冷冻的温度下可以固 化并造成燃料电池重启过程中的困难。在通道区域中累积的水包括电化学反应中作为副产物 的水、累积在反应物入口流动路径内部表面上的液体水以及反应物流中携带的水。多种技术已经被采用来控制燃料电池中的累积水。这些技术包括例如增压清除、 重力流动以及蒸发。此外，例如还采用了促进水从燃料电池中的多个通道区域输送到燃料 电池组件的排出区域的水输送结构和表面涂层。控制累积水的方法通常集中于将已经累积 在燃料电池通道中的水进行移除并需要附加的操作步骤和/或多个燃料电池的部件。已知 这种附加的操作步骤和多个部件能够降低燃料电池的运行效率并增加制造燃料电池的成 本。累积在入口流动路径内表面上的液体水和反应物流中所携带的水增加了对使用能够便 于从燃料电池的通道移除水的不同技术、传送结构以及表面涂层的需要。因此期望生产一种成本有效的燃料电池组件，其能够最小化燃料电池中的累积水 以及为了促进将水从燃料电池中移除所需的部件数量。
技术实现思路
与本专利技术兼容且协调地，已经惊喜地发现了一种成本有效的燃料电池组，其能够最小化燃料电池中的累积水以及为了促进将水从燃料电池中移除所需的部件数量。 在一个实施例中，一种用于燃料电池组的流体调节系统包括向反应物气体提供通 向燃料电池组中的燃料电池的流动路径的流体入口 ；形成于流体入口并适于收集流经所述 流体入口的液体的流体收集构件；以及与流体收集构件流体连通从而提供用于将液体从流 体收集构件排出的流动路径的流体导管。在另外一个实施例中，一种燃料电池组组件包括第一端板和隔开的第二端板；位 于所述第一端板和第二端板之间的至少一个燃料电池；向反应物气体提供通向所述至少一 个燃料电池的流动路径的流体入口 ；形成于流体入口内并适于收集流经所述流体入口的液 体的流体收集构件；与流体收集构件流体连通从而提供用于将液体从流体收集构件排出的 流动路径的流体导管；以及位于所述流体导管中以控制流经所述流体导管的反应物气体流 的限流器。在另一个实施例中，一种调节液体水流入燃料电池的方法，包括以下步骤，提供第 一端板和隔开的第二端板；在所述第一端板和第二端板之间提供至少一个燃料电池；提供 与所述至少一个燃料电池流体连通的流体入口从而向所述至少一个燃料电池提供反应物 气体流；在形成于流体入口中的流体收集构件中收集在流体入口中流动的液体；以及将液 体从流体收集构件中排出。本专利技术还提供了以下方案方案1. 一种用于燃料电池组的流体调节系统，包括流体入口，所述流体入口为反应物气体提供到达燃料电池组中的燃料电池的流动 路径；流体收集构件，其形成于所述流体入口中并适于收集流经所述流体入口的液体； 以及流体导管，所述流体导管与所述流体收集构件流体连通从而提供用于将所述液体 从所述流体收集构件排出的流动路径。方案2.根据方案1的系统，还包括位于所述流体导管中的限流器以控制流经所述 流体导管的反应物气体流。方案3.根据方案2的系统，其中所述限流器是喷嘴、毛细作用材料以及亲水性多 孔元件中的一种。方案4.根据方案2的系统，其中所述限流器将通过所述流体导管的反应物气体流 限制到少于流过所述流体入口的总反应物气体流的约1%。方案5.根据方案1的系统，其中所述流体入口包括在其中形成的弯曲部分，以便 于在所述流体入口的内表面上收集流过所述流体入口的所述液体。方案6.根据方案1的系统，其中所述流体入口的至少一部分被定向在水平位置以 便于在所述流体入口的内表面上收集流过所述流体入口的所述液体。方案7.根据方案1的系统，还包括多孔元件，其位于所述流体入口中并有效地从流经所述流体入口的所述反应物气 体中收集液体水，所述反应物气体在流进燃料电池之前先流过所述多孔元件；第二流体收集构件，其形成于所述流体入口中并适于接收由所述多孔元件收集的 液体；以及第二流体导管，其与所述第二流体收集构件流体连通从而提供用于将液体从所述 第二流体收集构件中排出的流动路径。方案8.根据方案7的系统，其中所述多孔元件是亲水性材料和憎水性材料中的一 种。方案9.根据方案7的系统，包括位于所述第二流体导管中的第二限流器以控制流 经所述第二流体导管的反应物气体流，其中所述第二限流器是喷嘴、毛细作用材料和亲水 性多孔元件中的至少一种。方案10.根据方案9的系统，其中所述第二限流器将通过所述第二流体导管的反 应物气体流限制到少于流过所述流体入口的总反应物气体流的约1%。方案11.根据方案1的系统，其中所述流体入口是阳极入口和阴极入口中的一个。方案12. —种燃料电池组组件，包括第一端板和隔开的第二端板； 至少一个燃料电池，其位于所述第一端板和第二端板之间；流体入口，其为反应物气体提供到达所述至少一个燃料电池的流动路径；流体收集构件，其形成于流体入口中并适于收集流经所述流体入口的液体；流体导管，其与所述流体收集构件流体连通从而提供用于将所述液体从所述流体 收集构件中排出的流动路径；以及限流器，其位于所述流体导管中以控制流经所述流体导管的反应物气体流。方案13.根据方案12的燃料电池组组件，其中所述限流器是喷嘴、毛细作用材料 以及亲水性多孔元件中的一种。方案14.根据方案12的燃料电池组组件，其中所述流体收集构件是在形成所述流 体入口的表面中形成的并围绕该表面的槽。方案15.根据方案14的燃料电池组组件，其中所述槽基本上是V型的。方案16.根据方案12的燃料电池组组件，还包括多孔元件，其位于所述流体入口中并有效地从流经所述流体入口的所述反应物气 体中收集液体水，所述反应物气体在流进燃料电池之前先流过所述多孔元件；第二流体收集构件，其形成于所述流体入口中并适于接收由所述多孔元件收集的 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于燃料电池组的流体调节系统，包括：流体入口，所述流体入口为反应物气体提供到达燃料电池组中的燃料电池的流动路径；流体收集构件，其形成于所述流体入口中并适于收集流经所述流体入口的液体；以及流体导管，所述流体导管与所述流体收集构件流体连通从而提供用于将所述液体从所述流体收集构件排出的流动路径。

【技术特征摘要】
US 2009-10-15 12/5796101.一种用于燃料电池组的流体调节系统，包括流体入口，所述流体入口为反应物气体提供到达燃料电池组中的燃料电池的流动路径；流体收集构件，其形成于所述流体入口中并适于收集流经所述流体入口的液体；以及 流体导管，所述流体导管与所述流体收集构件流体连通从而提供用于将所述液体从所 述流体收集构件排出的流动路径。2.根据权利要求1的系统，还包括位于所述流体导管中的限流器以控制流经所述流体 导管的反应物气体流。3.根据权利要求2的系统，其中所述限流器是喷嘴、毛细作用材料以及亲水性多孔元 件中的一种。4.根据权利要求2的系统，其中所述限流器将通过所述流体导管的反应物气体流限制 到少于流过所述流体入口的总反应物气体流的约1%。5.根据权利要求1的系统，其中所述流体入口包括在其中形成的弯曲部分，以便于在 所述流体入口的内表面上收集流过所述流体入口的所述液体。6.根据权利要求1的系统，其中所述流体入口的至少一部分被定向在水平位置以便于 在所述流体入口的内表面上收集流过所述流体入口的所述液体。7.根据权利要求1的系统，还包括多孔元件，其位于所述流体入口中并有效地从流经所述流体入口的所述反应物气体中 收...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP奥维詹，SG戈贝尔，JM基奥冈，TA特拉博尔德，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]