CN106953107A - 燃料电池 - Google Patents

Abstract

一种燃料电池，包括：隔板，隔板包括形成在所述隔板的两侧的歧管孔，在歧管孔之间突出的多个流路平台，在流路平台之间的多个流路通道，以及形成在流路通道的端部与歧管孔之间的多个连通孔；以及衬垫，耦接至隔板，并且多个分隔部分从阻塞部分突出进入到相邻的连通孔之间的间隙中从而使连通孔相互分开，其中，未面向分隔部分的流路平台的端部比面向分隔部分的流路平台的端部朝向连通孔延伸得更远。

Description

燃料电池

技术领域

本公开涉及燃料电池，并且更具体地，涉及能够防止冷凝水滞留在底部的燃料电池。

背景技术

如在图1和图2中示出的，隔板100通常在其两侧面上设置有歧管孔110，燃料电池的薄反应膜200固定至该隔板。

在这些中，位于一侧的空气供给歧管111用于提供氧和氢，氧和氢用作燃料电池的燃料，而位于另一侧的空气排出歧管112用于排出反应之后剩余的空气和水。

薄反应膜200由气体扩散层(GDL)和膜电极组件(MEA)组成。隔板100用于固定薄反应膜200，并且被配置为形成燃料和冷却水流过的流路通道320。隔板100采用阳极隔板100b和阴极隔板100a层叠的形式，阳极隔板和阴极隔板一个在另一个上交替层叠。

流路通道320是形成在隔板100的表面上的流路平台310之间限定的空间。流路平台310采用突出的形式，不仅用作通过化学反应产生的电移动通过的通道，而且还形成流路通道320的外凸缘。

如在图4A和图4B中更详细地示出的，入口/出口结构位于歧管孔110与流路通道320之间以便允许两个相互连通。通过歧管孔110供给的燃料通过多个连通孔140被引入到流路通道320，连通孔形成在隔板100中。

双衬垫120和130包括相应阻塞部分121和131和相应分隔部分122和132，阻塞部分安装在歧管孔110与形成在隔板100中的连通孔140之间，分隔部分安装在连通孔140之间。衬垫120和130用作一个层叠在另一个上的隔板100之间的支撑体。

为了帮助理解上述入口/出口结构，图2示出了燃料电池的平面截面图。阳极隔板100b和阴极隔板100a以其间插入有薄反应膜200的方式布置为彼此接近。通过空气供给歧管111引入的燃料穿过由衬垫120和130和支撑部件150支撑的通道，穿过连通孔140，并且然后被引入到流路通道320中。相反地，从流路通道320排出的空气和水穿过连通孔140，并且然后通过空气排出歧管112排出。

在入口/出口结构中，衬垫120和130与流路通道320之间存在平行的边界部分。这是因为隔板100需要安装模具的空间以便经由整体注塑成型向由金属形成的隔板100提供衬垫。为此，具有大约1mm或以上长度的平坦部分需要形成在流路通道320与衬垫120和130的分隔部分122和132的端部之间。

图3示出了正在工作的燃料电池内部的中子的图像。中子随着水分子的聚集增加而表现为更亮，并且随着水分子的聚集减少而表现为更暗。

如在图3中示出的，通过化学反应产生的水量随着从左侧(入口)到右侧(出口)的距离减小而增加，其原因在于通过燃料的反应产生的水量增加。此外，由于重力水聚集在下端并且汇聚成池。如从图3的右下角的亮色表示的出口孔的图可以理解，水可能过度蓄积并且可能没有通过出口孔适当地排出，因此，由于蓄积的水使得空气不能被适当地排出，从而引起问题发电。

当水不能适当地排出时，电力供应可能会出现问题并且薄反应膜可能会长时间暴露于水，从而导致性能可能劣化。

在相关技术中，上述平坦部分以直线的形式一个布置在另一个上，从而使水容易落下并且聚集在位于结构下端的出口孔。

这样的问题出现在上述燃料电池的入口部分以及出口部分。通常供应加湿的燃料以便改善燃料电池的性能。这时，冷凝水可以被引入反应平面，并且通过歧管引入的冷凝水可以通过流路通道与衬垫之间的平坦部分而聚集到较低的流路中。

因此，存在对具有入口/出口结构的燃料电池的需要，该入口/出口结构能够防止水聚集在位于结构的下端的出口孔处。

发明内容

因此，考虑到以上问题创作了本公开，并且本公开的目的在于提供一种具有入口/出口结构的燃料电池，该入口/出口结构能够防止在燃料电池内部流动的水聚集在最下端。

根据本公开的一个方面，可以通过提供以下这样的燃料电池实现以上和其他目的，即，该燃料电池包括隔板和衬垫，隔板包括形成在它的两侧的歧管孔；多个流路平台，在歧管孔之间突出；多个流路通道，位于流路平台之间；以及多个连通孔，在流路通道的端部与歧管孔之间形成为彼此间隔开给定的距离；衬垫耦接至隔板，衬垫包括阻塞部分，阻塞部分位于歧管孔与连通孔之间以便阻塞歧管孔与连通孔之间的间隙；以及多个分隔部分，多个分隔部分从阻塞部分突出到相邻的连通孔之间的间隙中以便使连通孔互相分开，其中，未面向分隔部分的流路平台的端部比面向分隔部分的流路平台的端部朝向连通孔延伸得更远。

位于一侧的歧管孔可以是空气供给歧管，并且位于另一侧的歧管孔是空气排出歧管。

在空气供给歧管和空气排出歧管中，未面向分隔部分的流路平台的端部可以比面向分隔部分的流路平台的端部朝向空气排出歧管中的连通孔延伸得更远。

隔板可以垂直于地面定向，并且空气排出歧管可以形成在隔板的下端。

每个分隔部分的一端可以位于不面向分隔部分的流路平台的一端与面向分隔部分的流路平台的一端之间。

每个分隔部分的一端可以延伸为靠近面向分隔部分的流路平台的一端。

每个分隔部分可以面向一个流路平台，并且每个连通孔可以连接至相邻的分隔部分之间的流路通道。

衬垫可以经由阻塞部分和位于连通孔的两侧的分隔部分包围每个连通孔的三侧。

每个分隔部分的一端可以定位为靠近流路平台的面向分隔部分的一端，分隔部分的端部和流路平台的端部中之一具有凸形，并且另一个具有对应于凸形的凹形。

每个分隔部分的一端可以定位为靠近流路平台的面向分隔部分的一端，分隔部分的端部具有凸形并且流路平台的端部具有对应于凸形的凹形。

附图说明

通过以下结合附图进行的详细描述，将更明确地理解本公开的以上和其他目标、特征以及其他优点，附图中：

图1是示出了传统燃料电池的视图；

图2是传统燃料电池的平面截面图；

图3是正工作的传统燃料电池中的中子的图像；

图4A和图4B是示出了示出了传统燃料电池的入口部分和出口部分的放大图；

图5A和图5B是示出了根据本公开的一个实施方式的燃料电池的入口部分和出口部分的放大图；以及

图6A和图6B是示出了根据本公开实施方式的燃料电池中彼此接近的第一平台和分隔部分的放大图。

具体实施方式

本文中使用的技术术语仅给出以提及特定实施方式，并非旨在限制本公开。如本文所使用，单数形式旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确规定。应当进一步理解，当在本说明书中使用术语“包括”时，指定存在所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、和/或部件的存在或增加。

除非另外有定义，否则本文使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)与示例性实施方式所属领域的普通技术人员通常所理解的具有同样的含义。进一步应当理解，诸如通常使用的词典中所定义的那些术语应当解释为具有与它们在相关领域的范围内的含义一致的含义，而不解释为理想的或过于正式的意思，除非本文中明确地限定。

在下文中，将参照附图描述根据本公开的示例性实施方式的燃料电池。

参照图1、以及图5A和图5B，图5A和图5B示出了根据本公开的燃料电池的大致形状，燃料电池可以包括在其两侧设置有歧管孔110的隔板100；以及安装在隔板100上的衬垫120和130。

虽然多个隔板100一个层叠在另一个之上，但附图中仅示出了一个隔板100。薄反应膜200可以安装在隔板100之间并且用于使用氧和氢进行发电。

隔板100可具有凸/凹形状，以使得凹形流路通道320形成在凸形流路平台310之间。此外，连通孔140可以形成在流路通道320的两端。连通孔140可分为进入孔141和出口孔142，燃料从空气供给歧管111供应到进入孔中，空气和水从出口孔排出到空气排出歧管112。

通过进入孔141供给的燃料在流动通过流路通道320时与薄反应膜200反应从而产生电和水。此后，水通过出口孔142排出。

各个衬垫120和130可被分成阻塞部分121和131及分隔部分122和132。阻塞部分121和131可以包括入口阻塞部分121，被安装以阻塞空气供给歧管111与进入孔141之间的间隙；以及出口阻塞部分131，被安装以阻塞空气排出歧管112与出口孔142之间的间隙。分隔部分122和132可以包括安装在相邻的进入孔141之间的入口分隔部分122和安装在相邻的出口孔142之间的出口分隔部分132。在这种情况下，阻塞部分121和132及分隔部分122和132可以用相同的材料彼此形成为一体。这可以用于防止由衬垫120与130之间的例如强度、粘合力、以及热膨胀率的差异引起的损害。

入口衬垫120可以包括入口阻塞部分121和入口分隔部分122，出口衬垫130包括出口阻塞部分131和出口分隔部分132，入口衬垫和出口衬垫可以是分开的衬垫或者可以彼此形成为一体。

本公开的可行方面是不面向分隔部分122和132的流路平台310比面向分隔部分122和132的流路平台310长。即，通过允许由较长的流路平台310形成的流路通道320的端部更靠近连通孔140，即使从流路通道320排出的水由于重力落下，分隔部分122和132防止水跌落，从而使得水通过出口孔142排出。

由于尤其刚好在空气排出歧管112的附近发生水跌落，所以根据本公开的配置可以应用于面向安装在出口孔142附近的出口分隔部分132的流路平台310，在该配置中，某些流路平台310比其他的流路平台长。当然，本公开不限于此，并且根据本公开的上述配置可以应用于面向安装在进入孔141附近的入口分隔部分122的流路平台310。

更详细地考虑上述配置，如在图5A和图5B中示出的，假定在相同的高度处安装以面向入口分隔部分122或出口分隔部分132的流路平台310称为第一平台311，并且第二平台312和第三平台313顺次形成在第一平台311上方，第二平台312和第三平台313可以比第一平台311长。此外，附加的第一平台311可以形成在第三平台313上方以便面向另一个分隔部分122或132，另一个分隔部分形成在上述分隔部分122和132上方。

此外，形成在第一平台311和第二平台312之间的流路通道320可被称为第一通道321，形成在第二平台312与第三平台313之间的流路通道320可被称为第二通道322，以及形成在第三平台313和第一平台311之间的流路通道320可被称为第三通道323。

在这种情况下，第二通道322的端部(而不是第一通道321和第三通道323的端部)可以更靠近相应连通孔140，并且第二通道322可以形成在与连通孔140相同的高度处。

如在图6A和图6B中示出的，第三通道323可以形成为第三平台313的上表面与第一平台311的下表面之间的空间，并且第一通道321可以形成为第一平台311的上表面与第二平台312的下表面之间的空间。

第一平台311可以位于靠近分隔部分122或132并同时面向分隔部分122或132，使得第一平台311与分隔部分122或132之间的空间最小化，从而可以防止水通过这个空间向下移动。此外，分隔部分122或132和第一平台311可以成形为彼此对应的形状，它们中的一个具有凸形并且另一个具有凹形。通过这样的配置，流动通过流路通道320的空气和水不能向下移动，除非空气和水与其流向相反地移动。用这种方式，可以最小化在燃料电池的下侧上的水聚集。两个相对的表面可以是平滑的，或者可以形成为限定Z字路径从而使水很难流动。

因此，由于燃料或水不能够移动到其他通道，除非它们在与其原始流动方向相反的方向上移动较长的距离，因此可以防止燃料和水移动至其他通道，即，较低的通道。

尽管第一平台311可以比第二平台312和第三平台313短，但第三通道323的上表面和第一通道321的下表面可以通过安装以面向第一平台311的分隔部分122或132延长，从而使得流动通过流路通道320的流体被分配给相应连通孔140。

以这种方式，三个流路通道320被分配至各个连通孔140，以使得相同量的流体流动通过相应连通孔140，从而会更有效地防止如上所述的水聚集。

由于隔板100垂直于地面定向，因此需要所有的上述配置。即，这是因为水通过分隔部分122和132与垂直定向的隔板100的流路平台310之间的空间向下移动。此外，通过在下侧布置空气排出歧管112，可以确保容易排出水并且防止水在最下端聚集。

如从以上说明书中显而易见的，根据本公开内容的燃料电池具有以下效果。

第一，可以防止燃料电池内部的冷凝水聚集在燃料电池的较低区域中，这可以提高燃料电池产生电的效率并且还可以延长燃料电池的使用寿命。

第二，可以分配在隔板的端部形成的通道的远端表面的位置，从而使得加工能力提高。

虽然以上已参照附图描述了本公开的优选实施方式，但本领域中的技术人员将会理解在不改变本公开的技术构思或特征的特征情况下可以各种其他实施方式实现。

因此，应当理解上述实施方式所有的方面都是通过实例的方式给出并非旨在限制本公开。本公开的范围应当由权利要求而不是具体实施方式限定，并且从权利要求及其等同物的含义和范围中得出的所有修改或修改形式应当解释为落入本公开的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池，包括：

隔板，包括形成在所述隔板的两侧的歧管孔；在所述歧管孔之间突出的多个流路平台；位于所述流路平台之间的多个流路通道；以及多个连通孔，所述多个连通孔在所述流路通道的端部与所述歧管孔之间形成为彼此间隔开给定距离；以及

衬垫，耦接至所述隔板，所述衬垫包括阻塞部分和多个分隔部分，所述阻塞部分位于所述歧管孔与所述连通孔之间以便阻塞所述歧管孔与所述连通孔之间的间隙，所述多个分隔部分从所述阻塞部分突出进入到相邻连通孔之间的间隙中以使所述连通孔相互分开，

其中，未面向所述分隔部分的所述流路平台的端部比面向所述分隔部分的所述流路平台的端部朝向所述连通孔延伸得更远。

2.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，位于一侧的所述歧管孔是空气供给歧管，以及位于另一侧的所述歧管孔是空气排出歧管。

3.根据权利要求2所述的燃料电池，其中，未面向所述分隔部分的所述流路平台的端部比面向所述分隔部分的所述流路平台的端部，朝向所述空气供给歧管和所述空气排出歧管中的所述空气排出歧管中的所述连通孔延伸得更长。

4.根据权利要求3所述的燃料电池，其中，所述隔板垂直于地面定向并且所述空气排出歧管形成在所述隔板的下端。

5.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，每个分隔部分的一端位于不面向所述分隔部分的所述流路平台的一端与面向所述分隔部分的所述流路平台的一端之间。

6.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，每个分隔部分的一端延伸为靠近面向所述分隔部分的所述流路平台的一端。

7.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，每个分隔部分面向一个流路平台，并且每个连通孔被连接至相邻分隔部分之间的所述流路通道。

8.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，所述衬垫经由所述阻塞部分和位于所述连通孔的两侧的所述分隔部分围绕每个连通孔的三侧。

9.根据权利要求1所述的燃料电池，其中，每个分隔部分的一端被定位为靠近面向所述分隔部分的所述流路平台的一端，所述分隔部分的端部和所述流路平台的端部中的一个具有凸形并且另一个具有对应于所述凸形的凹形。

10.根据权利要求9所述的燃料电池，其中，每个分隔部分的一端被定位为靠近面向所述分隔部分的所述流路平台的一端，所述分隔部分的端部具有凸形，并且所述流路平台的端部具有对应于所述凸形的凹形。