燃料电池组件（１１０、２１０）具有在一对端板（１１４、１１５）之间延伸以形成堆（１１６）的多个燃料电池组成元件（１１２）、以及以互相紧密密封关系安装在所述堆外部并且围绕所述堆以防止歧管内的反应气体泄漏到歧管外部环境的多个反应气体歧管（１２０，２２０；１２２，２２２；１２４，２２４；１２６，２２６）。反应气体歧管构造和定位成最大化与所述堆和所述歧管的平滑表面的密封接触。一个实施例构造为氧化剂反应物歧管（１２０、１２４）叠加在燃料反应物歧管（１２２、１２６）接合所述堆的区域上。另一个实施例还将氧化剂反应物歧管再划分以包括液体流通通道（２７０、２７４），该液体流通通道叠加在燃料反应物歧管（１２２、１２６）接合所述堆的区域上。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于最小化从电池堆的反应物外部泄漏的外部歧管
技术介绍
本专利技术总体上涉及用于堆组件的歧管，并且更具体地，涉及用于燃料电池堆组件的外部歧管。再具体地，本专利技术涉及可以设置在泄漏敏感环境中的用于燃料电池堆组件的外部歧管。在电池堆组件中，使用内部的反应物歧管和冷却剂歧管及外部的反应物歧管和冷却剂歧管是已知的。内部歧管大体上包括设置在构成电池堆组件的电池的各个板内的通道。这使得这些板本身比制造成与外部歧管一起使用的板更昂贵。内部歧管在每个电池的板之间具有潜在泄漏路径，泄漏借助该路径可“向板外流”到外部环境。虽然外部歧管也会泄漏气体到外部环境，但是更容易实现这种泄漏的避免。电池堆组件和相关歧管的运行地点经常决定了环境可以容忍的气体(通常为反应物)泄漏水平。实质上，在一些实例中，如果泄漏区域可以用空气等净化时，相对较大的泄漏是可以容忍的。通常，各种闭合空间，像例如容纳人的车辆环境，是相对更泄漏敏感的，即更不容忍泄漏的，并且净化泄漏的能力可能是很有限或不实际的。外部歧管由歧管壳体、歧管密封垫圈、以及将歧管保持为紧紧地压靠在电池堆边缘上的机械加载或限制系统。示出在图1中和图2的剖面图中的US专利No. 4，345，009的燃料电池模块10是现有技术已知的外部歧管和防漏系统的一个实例。图2的右下角是模块10图1中指向观察者的角。模块10包括燃料电池14的堆12。如图3所示，每个燃料电池14包括透气的阳极电极16和与之间隔设置的透气的阴极电极18，其中层21，例如保持液体电解质的基体或质子交换膜(PEM)，设置在它们之间。每个电极16、18包括分别在它们的临近层20的表面上的极薄催化剂层19、21。导电的、不透气板22可以分隔堆12内的相邻燃料电池。在堆内的每个燃料电池可以包括一个分隔板以便术语“燃料电池”将包括堆的包括一个分隔板的重复单元。这个示例实施例的燃料电池可能与US专利No. 4，115，627所示的相同，在 4115627所示的中电解质是磷酸。然而，如在US专利No. 6，024，848中的，具有质子交换膜电解质的燃料电池堆在歧管和它们完整性方面具有相似的需要。在这个实施例中，每个第三燃料电池14'(图3)包括设置在电极16与分隔板22 之间的冷却剂输送层对。在平面内穿过这个层M的是冷却剂输送通道沈。冷却剂流动通过这些通道带走燃料电池产生的热。堆需要的冷却剂层M和通道沈的数量由在此未提及的多个不同因素决定。虽然为了简便冷却通道26显示为延伸到表面32，但在实际燃料电池堆中它们将仅在邻近该电池两个角的区域内才延伸到表面32。用顶部和底部扁平石墨电流收集块27、观完成堆14，这两个块分别结合到堆的每一端处的分隔板22，以及压力板 66、68。如在附图中所示的，堆部件16、18、20、22、对、27和观的外边缘形成四个向外朝向、几乎平坦的表面，这些表面是堆12的外表面。图3中示出了这些表面中的两个表面30、 32的一部分。四个表面的每个基本上完全由反应气体歧管覆盖。空气或氧气气体进入歧管 34覆盖表面30，而燃料或氢气气体进入歧管36覆盖表面32。相对的表面由空气排出歧管38和燃料排出歧管40覆盖(图2)。刚刚描述的歧管布置结合了在堆的与进入歧管相对的每一侧上的排出歧管。然而，如在US专利No. 3，994，748中所示，覆盖堆的一个表面的燃料歧管可以分成两个隔间以用作进入和排出歧管，而在堆相对表面上的歧管用作混合歧管，相同的结构可以用于空气。阳极电极16和阴极电极18都包括相对厚的基板，所述基板具有形成在其侧面上、 分别限定反应气体通道42、44的肋条。燃料气体通道42输送氢气或富氢气体从燃料进入歧管36到燃料排出歧管40地穿过电池。空气通道44输送空气从空气进入歧管34到空气排出歧管38地穿过电池。每个基板的与具有肋条(及因此气体通道)相对的平坦表面具有设置在其上的催化剂层19、21。石墨块27、观具有与其他的堆部件相同的外部尺寸，并且它们的向外朝向表面 (其中的两个50和52可以在图3中见到)为每个歧管的顶部和底部密封凸缘M、56提供平滑密封表面。要求在堆的一个端部处的厚块适应在堆高度(或者长度，依赖于堆的方向) 方面的可能的差异，该差异可能产生于在堆12内的成千上百个部件的厚度方面的极小的公差的累积。例如，400个每个具有大小为0.01cm (士0.004英寸)的公差的厚度大约为 0. 64cm (0. 25英寸)的电池组成的堆的整体高度可以在从250到258cm (98. 4到101. 6英寸)之间。另一方面，歧管具有固定的高度(长度)。因此需要较大的块厚来确保在已经施加期望的压缩力到堆之后，顶部和底部凸缘M、56都设置在块27、28的平滑密封表面的某个位置上，如下文解释的。如图2最佳所示，侧凸缘58在堆的没有反应气体通道的角部附近密封抵靠在该堆 12的竖直延伸的外表面上。密封材料，例如多孔聚四氟乙烯，设置在歧管凸缘M、58与堆的表面之间。钢带60 (图1和2)环绕堆歧管，并且保持它们与堆和石墨块的密封关系。连接每个钢带端部的紧固件62允许将钢带紧固到必要程度以确保足够密封。为了获得在燃料电池和堆12的不同部件之间良好的电、热和密封接触，模块10包括约束系统64。在这个示例实施例中，约束系统64分别包括柔性顶部和底部钢的端或压力板66、68，以及连接这些板的连杆70。板66、68分别平坦地抵靠石墨块27J8放置。在模块10的组装中，压力板66、68、块48、49和各种不同的堆部件按恰当顺序一个设置在另一个上面(或相邻，取决于方位)。这个组件被液压地加载，于是预先选择的轴向(即，垂直于电池的平面)载荷被施加到板66、68以压缩堆12。连接螺栓70随后被向下紧固到如下程度当该组件从压力设备移开时在堆12上的压缩力大约是期望的大小。歧管34、36、38和40随后抵靠着堆的侧面放置并且由带60固定。因为约束系统64和歧管34、36、38和40由相似材料(碳钢)制成，所以它们具有相同或接近相同的热膨胀系数。因此，当在操作期间堆变热时这些部件膨胀大约相同的程度。 虽然堆12具有较低的热膨胀系数，但是当板66、68移开时，被压缩的堆12的弹性或弹簧率导致堆12的高度以相同速率增加，并伴随在轴向载荷的损失。因此在热膨胀期间，在石墨块27J8与它们各自的歧管密封凸缘M、56之间几乎没有相对移动。同样，在堆外表面，例如30和32，与垂直歧管密封凸缘58之间具有相对小的移动。一旦到达稳定状态，约束系统 64将堆高度保持为恒定。参照图1-3描述的外歧管系统显示了在保证避免从板泄漏到外部环境中的困难。 虽然专利No. 6，764，787中的由组装的堆部件16、18、20、22、24、27和28的侧面形成的四个向外朝向表面呈现出如上所述的“大约平坦”，但是实际上它们通常在一定程度上是不规则的，这是由于那些组装的堆部件的尺寸和/或对齐方面的微小不一致。这可以通过参考US 专利No. 6，660，422更好地理解，其描述和示出了这些表面的不规则。在堆的那些向外朝向表面内的这些不规则进一步使在歧管与堆的至少那些表面之间获得良好密封的努力变得复杂。在现有技术燃料电池组件设计中，例如氢气的燃料的可能泄漏在封闭空间内，例如在载人车辆等本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种燃料电池组件（１１０，２１０），包括：包含在一对相对端板（１１４，１１５）之间、由燃料电池组成元件（１１２）形成的堆（１１６）；以及安装在所述堆（１１６）外部并且整体上基本环绕所述堆（１１６）的多个反应气体歧管（１２０，２２０；１２２，２２２；１２４，２２４；１２６，２２６），多个反应气体歧管被构造（１２０Ａ及Ｂ及Ｃ；２２０Ａ及Ｂ及Ｂ’及Ｃ；１２２Ａ及Ｂ及Ｃ；２２２Ａ及Ｂ及Ｃ；１２４Ａ及Ｂ及Ｃ；２２４Ａ及Ｂ及Ｂ’及Ｃ；１２６Ａ及Ｂ及Ｃ；２２６Ａ及Ｂ及Ｂ’及Ｃ；）并定位成与所述堆和所述多个反应气体歧管中的邻近歧管紧密密封接合，以整体上阻止反应气体从所述堆和所述歧管泄漏到所述歧管外部的环境中。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
【专利技术属性】
技术研发人员：RJ古斯里伊，
申请(专利权)人：UTC电力公司，
类型：发明
国别省市：US
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