[发明专利]用于最小化从电池堆的反应物外部泄漏的外部歧管

说明书

背景技术

本发明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，本发明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24。在平面内穿过这个层24的是冷却剂输送通道26。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24和通道26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、28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、24、27和28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。