專利名稱：流動(dòng)干擾器增強(qiáng)型燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電力產(chǎn)生設(shè)備例如燃料電池，尤其涉及燃料電池例如固體氧化物燃料電池的熱控制。
背景技術(shù)：
燃料電池是能量轉(zhuǎn)換裝置，它通過電化學(xué)地結(jié)合經(jīng)過離子導(dǎo)電層的燃料和氧化劑產(chǎn)生電能。高溫燃料電池堆例如固體氧化物燃料電池堆通常由具有平面結(jié)構(gòu)的扁平單個(gè)構(gòu)件構(gòu)成。平面燃料電池可以是對(duì)流、橫流和層流的形式。平面燃料電池通常包括三層陽極/電解質(zhì)/陰極組件，該組件從電池向電池傳導(dǎo)電流并為氣體提供流入立方結(jié)構(gòu)或電池堆的通道。
燃料電池例如固體氧化物燃料電池已經(jīng)表現(xiàn)出在發(fā)電方面高效、低污染的潛力。然而，與熱處理相關(guān)的問題一直存在，尤其是在調(diào)節(jié)燃料電池組件的溫度梯度方面。在燃料電池中由燃料和氧化劑的反應(yīng)產(chǎn)生的熱能需要除去或內(nèi)部使用，以便保持燃料電池中的工作溫度。燃料電池中的冷卻通道通常采用氧化劑，例如空氣，以助于從燃料電池向氧化劑的傳遞或去除廢熱，從而將電池堆溫度保持在規(guī)定范圍內(nèi)或更低并且保持預(yù)定的熱梯度。燃料電池組件和流體如氧化劑之間的溫度差是流過流體流動(dòng)通道的流體的熱轉(zhuǎn)移特性和在燃料電池組件中產(chǎn)生的熱通量的函數(shù)。然而，在常規(guī)燃料電池應(yīng)用中采用的這種流體流動(dòng)通道具有在流體流動(dòng)通道和從中流過的流體之間的低對(duì)流熱傳遞系數(shù)。因此，本領(lǐng)域需要一種具有改進(jìn)的流動(dòng)通道的燃料電池，此通道提供改善的熱傳遞特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式提供一種至少包括一個(gè)燃料電池的燃料電池組件。燃料電池包括陽極、陰極和設(shè)置在陰陽極之間的電解質(zhì)；在燃料電池中設(shè)置的用于將流體提供給燃料電池的至少一個(gè)流體流動(dòng)通道和與陽極、陰極和電解質(zhì)至少一個(gè)接觸的至少一個(gè)流動(dòng)干擾器陣列。流動(dòng)干擾器伸入流體流動(dòng)通道，從而當(dāng)流體引入到流體流動(dòng)通道時(shí)干擾流體流動(dòng)并提高在流體和燃料電池組件之間的熱傳遞速率。


參考下面的說明書、附加權(quán)利要求和附圖，本發(fā)明的這些和其它特點(diǎn)、方面和優(yōu)點(diǎn)將更好理解。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的平面燃料電池的單個(gè)單元的通常分解等角圖。
圖2是描述其上設(shè)置了多個(gè)流動(dòng)干擾器的圖1的燃料電池組件的通常等角圖。
圖3是圖2的X-X橫截面的截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的單個(gè)燃料電池中的流動(dòng)干擾器的通常設(shè)置。
圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的單個(gè)燃料電池中的流動(dòng)干擾器的通常設(shè)置。
圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的單個(gè)燃料電池中的流動(dòng)干擾器的通常設(shè)置。
圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的具有其上設(shè)置的多個(gè)流動(dòng)干擾器的管狀燃料電池的通常分解等角圖；圖8是流動(dòng)干擾器的流動(dòng)特性的通常示意圖；圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的單個(gè)燃料電池中的流動(dòng)干擾器陣列的通常圖形。
圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的單個(gè)燃料電池中的流動(dòng)干擾器陣列的通常圖形。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供燃料電池組件10，例如固體氧化物燃料電池(以下稱作“SOFC”)組件，該組件通常包括至少含有一個(gè)燃料電池50的燃料電池陣列、堆或疊層(參見圖1)。各燃料電池50是能夠以串聯(lián)或并聯(lián)或以兩種方式疊加在一起的重復(fù)燃料電池單元50，從而構(gòu)成能夠產(chǎn)生電能輸出的燃料電池疊層系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)。
燃料電池50可以是需要流動(dòng)通道的任意類型的燃料電池，例如固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池、直接甲醇燃料電池、再生燃料電池、鋅空氣燃料電池和質(zhì)子陶瓷燃料電池。
在圖1中示出了通常的燃料電池50，例如固體氧化物燃料電池。氧化劑38例如空氣被輸送到陰極30。在陰極30產(chǎn)生的氧離子(O2-)經(jīng)過設(shè)在陽極20和陰極30之間的電解質(zhì)40傳輸。燃料34例如天然氣被輸送到陽極20。在陽極20的燃料34與經(jīng)過電解質(zhì)40遷移至陽極20的氧離子(O2-)反應(yīng)。氧離子(O2-)被去離子以向外部電路釋放電子(未示出)。這樣，電子流經(jīng)過外部電路產(chǎn)生直流電(未示出)。結(jié)果，發(fā)電過程產(chǎn)生某些廢氣，生成廢熱。
陽極20通常為引入到燃料電池50中的氣體燃料的電化學(xué)氧化提供反應(yīng)位置。因此，需要陽極20對(duì)于燃料還原環(huán)境是惰性的并具有充分的導(dǎo)電性。此外，需要陽極20為在燃料電池50工作條件下的燃料氣體反應(yīng)增加催化活性并具有足夠的孔隙率以使氣體傳輸?shù)椒磻?yīng)位置。具有上述性質(zhì)的陽極20可采用的材料包括金屬鎳、鎳合金、銀、銅、鈷、釕、鎳-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Ni-YSZ金屬陶瓷)、銅-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Cu-YSZ金屬陶瓷)、Ni-二氧化鈰金屬陶瓷、陶瓷或其組合，但不限于此。
陰極30通常為氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)提供反應(yīng)位置。因此，需要陰極30對(duì)于氧化環(huán)境是惰性的并具有充分的導(dǎo)電性。此外，需要陰極30為在燃料電池50工作條件下的氧化劑氣體反應(yīng)增加催化活性并具有足夠的孔隙率以使氣體傳輸?shù)椒磻?yīng)位置。具有上述性質(zhì)的陰極30可采用的材料包括鈣鈦礦摻雜錳酸鑭(LaMnO3)、鍶摻雜LaMnO4(SLM)、錫摻雜氧化銦(In2O3)、鍶摻雜PrMnO3、LaFeO3-LaCoO3RuO2-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈷酸鑭及其組合，但不限于此。
陽極20和陰極30通常具有足以支持電化學(xué)反應(yīng)的表面積。陽極20和陰極30所用的材料在燃料電池組件10的通常的最小和最大工作溫度之間例如在約600℃至約1300℃之間是熱穩(wěn)定的。
電解質(zhì)40通常設(shè)置在陽極20和陰極30之間，正如在圖1中的燃料電池50的通常分解等角圖中所示出的那樣。電解質(zhì)40用于在陰極30和陽極20之間傳輸離子，例如氧離子(O2-)。此外，在燃料電池50中電解質(zhì)40將燃料34與氧化劑38分開。因此，需要電解質(zhì)40對(duì)于燃料的還原和氧化環(huán)境均為惰性，并且不可透過反應(yīng)氣體。此外，需要電解質(zhì)40在燃料電池50的工作條件下充分地導(dǎo)電。具有上述性質(zhì)的電解質(zhì)40可采用的材料包括氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、摻雜二氧化鈰、氧化鈰(CeO2)、三氧化二鉍、燒綠石氧化物、摻雜鋯酸鹽、鈣鈦礦氧化物材料及其組合，但不限于此。
互連24通常將一個(gè)可重復(fù)燃料電池50單元的陽極20電連接到相鄰燃料電池50單元的陰極30(參見圖1)。此外，互連24應(yīng)提供均勻的電流分布并且不可透過燃料和氧化劑氣體。需要互連24對(duì)于燃料還原和氧化環(huán)境均為惰性，并且在燃料電池50的各種溫度下充分地導(dǎo)電以支持電子流動(dòng)。具有上述性質(zhì)的互連可采用的材料包括鉻基鐵氧體不銹鋼、輝鈷礦、陶瓷、鉻酸鑭(LaCrO3)、重鉻酸鈷(CoCr2O4)、鉻鎳鐵合金600、鉻鎳鐵合金601、哈司特鎳合金X、哈司特鎳合金-230、Cr5Fe1Y2O3(Ducrolloy)、科瓦鐵鎳鈷合金、E-布賴特超級(jí)鐵素體不銹鋼及其組合，但不限于此。
參見圖1，燃料電池50例如固體氧化物50包括陽極20、陰極30和設(shè)置在陰陽極之間的電解質(zhì)40。在燃料電池50中設(shè)置至少一個(gè)流體流動(dòng)通道95。參見圖1和圖2，至少一個(gè)流動(dòng)干擾器25陣列連接到陽極20、陰極30和電解質(zhì)40的至少一個(gè)。在圖3所示的本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，流動(dòng)干擾器250、225從電解質(zhì)40通過陽極20和陰極30至少一個(gè)的表面延伸。
流體流動(dòng)通道95通常包括在燃料電池50中設(shè)置的至少一個(gè)氧化劑流動(dòng)通道28和至少一個(gè)燃料流動(dòng)通道36(參見圖1)。根據(jù)另一種實(shí)施方式，如圖4-6中所示，流動(dòng)干擾器25的陣列進(jìn)一步包括流動(dòng)干擾器32的第二陣列。流動(dòng)干擾器25，32從電解質(zhì)40伸入陰極30和陽極20至少一個(gè)內(nèi)。流動(dòng)干擾器25、32通常包括離散的針狀物、脫扣條(trip strip)和擋板式擾流器，但不限于此。如圖1所示，這些流動(dòng)干擾器25、32伸入氧化劑流動(dòng)通道28和燃料流動(dòng)通道36的至少一個(gè)，從而干擾流體流動(dòng)，例如，氧化劑流動(dòng)38、燃料流動(dòng)34或兩者。在圖1所示的燃料電池50中，在氧化劑流動(dòng)通道28內(nèi)部的氧化劑流動(dòng)38以及在燃料流動(dòng)通道36內(nèi)部的燃料流動(dòng)34通常為雷諾數(shù)特性低于臨界雷諾數(shù)的層流或過渡狀態(tài)。正如在圖8的通常示意圖中所表示的那樣，流動(dòng)干擾器25通常在各流動(dòng)干擾器25之后建立不穩(wěn)定的尾流27。由于在流體流動(dòng)例如氧化劑流動(dòng)38和流動(dòng)干擾器25之間的邊界層的分離形成了不穩(wěn)定的尾流27。在此采用的術(shù)語“不穩(wěn)定的尾流”是指在經(jīng)過流體流動(dòng)通道95例如圖1中的氧化劑流動(dòng)通道28的流體流動(dòng)路徑中出現(xiàn)湍流。在經(jīng)過流體流動(dòng)通道95例如氧化劑流動(dòng)通道28的流體流動(dòng)路徑中出現(xiàn)的湍流增加了經(jīng)過流體流動(dòng)通道95例如氧化劑流動(dòng)通道28的流體流動(dòng)例如氧化劑流動(dòng)38的努塞爾(nusselt)數(shù)。增加經(jīng)過流體流動(dòng)通道95的流體流動(dòng)的努塞爾數(shù)明顯改善了流體和燃料電池50之間基線層流對(duì)流熱傳遞特性之外的對(duì)流熱傳遞特性。提高的熱傳遞特性能夠更充分、更有效地從燃料電池50中除去熱量。在燃料電池50和流體例如氧化劑38之間的溫度差是流過流體流動(dòng)通道95的流體的熱傳遞特性和在圖1的燃料電池50中產(chǎn)生的熱通量的函數(shù)。這種提高的熱傳遞特性改善了含有多個(gè)燃料電池50的燃料電池組件10的冷卻要求。提高了燃料電池50的熱傳遞特性還確?？傮w維持經(jīng)過整個(gè)燃料電池50的預(yù)定的均勻熱梯度和溫度值。維持經(jīng)過燃料電池50的預(yù)定均勻的熱梯度有助于避免在燃料電池組件10的不同位置產(chǎn)生潛在的熱量聚集點(diǎn)。在圖1的燃料電池組件中，熱量聚集點(diǎn)大大降低燃料電池組件10的熱性能和壽命。因此，和具有基線層流對(duì)流熱傳遞特性的燃料電池組件相比，燃料電池組件10的熱傳遞特性明顯改善了燃料電池組件10的熱性能和壽命。此外，具有基線層流對(duì)流熱傳遞特性的燃料電池組件一般滿足燃料電池組件10的附加冷卻要求，除非大大增加了通過圖1中的氧化劑流動(dòng)通道28的流體流動(dòng)例如氧化劑流動(dòng)38。流動(dòng)干擾器25、32在沒有增加流過氧化劑流動(dòng)通道28的流體流動(dòng)例如氧化劑流動(dòng)38的條件下提高了燃料電池組件10的熱性能和壽命。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，流動(dòng)干擾器25、32的陣列具有在約0.020英寸至約0.25英寸之間的寬度52(參見圖3和圖5)。在另一實(shí)施方式中，流動(dòng)干擾器25、32具有基本上恒定的橫截面區(qū)域，該區(qū)域通常確保了整個(gè)流動(dòng)干擾器25、32陣列的均勻熱轉(zhuǎn)遞特性。根據(jù)上述實(shí)施方式，流動(dòng)干擾器25、32具有通常包括方形、矩形、圓形、橢圓形、環(huán)形和不規(guī)則形狀的橫截面形狀，但不限于此。應(yīng)理解，流動(dòng)干擾器25、32的寬度52、橫截面形狀和橫截面積的選擇取決于技術(shù)人員，從而為圖1中的燃料電池50層提供改善的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度。此外，流動(dòng)干擾器25、32通常在陽極20、電解質(zhì)40和陰極30至少一個(gè)的界面上提供了增加的表面積，從而提高了經(jīng)過陽極20、陰極30和電解質(zhì)40的層的電化學(xué)反應(yīng)速率。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，如圖4-6中所示，流動(dòng)干擾器25、32的陣列通常包括成直線、交錯(cuò)、均勻間隔和不規(guī)則間隔的排列方式。圖4表示流動(dòng)干擾器25、32陣列的通常成直線的排列方式。在典型實(shí)施方式中，如圖5中所示，在連續(xù)的流動(dòng)干擾器25、32之間的距離51是不規(guī)則的。在另一實(shí)施例中，在連續(xù)的流動(dòng)干擾器25、32之間的距離53是均勻的。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，圖6表示交錯(cuò)排列的流動(dòng)干擾器25、32陣列。應(yīng)理解，流動(dòng)干擾器25、32的排列和間隔可根據(jù)所需應(yīng)用而變化。圖9中的一個(gè)典型實(shí)施方式表示具有圍繞陽極20、陰極30和電解質(zhì)40至少一個(gè)的表面外圍均勻分布的成一定圖形的陣列251的流動(dòng)干擾器25、32的排列方式。圖10中的另一典型實(shí)施方式表示具有在陽極20、陰極30和電解質(zhì)40至少一個(gè)的整個(gè)表面上均勻鋪開的成一定圖形的陣列252的流動(dòng)干擾器25、32的排列方式。流動(dòng)干擾器25、32的排列和間隔還控制對(duì)于圖8中的不穩(wěn)定尾流27的相互作用或再循環(huán)253的通常區(qū)域。正如圖8中的流動(dòng)干擾器的流動(dòng)特性的通常示意圖中所示出的那樣，當(dāng)各流動(dòng)干擾器25暴露于氧化劑流動(dòng)38或燃料流動(dòng)34的流束中時(shí)，由于來自各流動(dòng)干擾器25流體邊界層的分離產(chǎn)生了這些不穩(wěn)定的尾流。對(duì)不穩(wěn)定尾流27相互作用或再循環(huán)的通常區(qū)域253進(jìn)行控制在經(jīng)過圖1中的燃料電池50的流體流動(dòng)通道95的流體流動(dòng)路徑的所需位置中滿足了流動(dòng)分布輪廓的要求并保持了熱流體動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。因此，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員一般以在所需的位置上滿足經(jīng)過圖1中所示的通常燃料電池組件10的熱梯度要求的方式選擇流動(dòng)干擾器25、32的排列、間隔和橫截面形狀。滿足經(jīng)過燃料電池組件10的所需位置上的熱梯度要求確保了維持經(jīng)過燃料電池組件10的所需熱勢(shì)。
要求流動(dòng)干擾器25、32對(duì)于燃料還原和氧化環(huán)境均為惰性并且不可透過燃料和氧化劑氣體。此外，要求流動(dòng)干擾器耐得住經(jīng)過燃料電池50的熱通量。在一致實(shí)施方式中，流動(dòng)干擾器25、32包括一致陶瓷材料。在一種實(shí)施方式中，流動(dòng)干擾器25、32包括作為陽極20、陰極30和電解質(zhì)40之一的材料。具有上述性質(zhì)的流動(dòng)干擾器25、32可采用的材料包括金屬鎳、銀、銅、鈷、釕、鎳-氧化釔穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Ni-YSZ金屬陶瓷)、銅-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Cu-YSZ金屬陶瓷)、Ni-二氧化鈰金屬陶瓷、鈣鈦礦摻雜錳酸鑭(LaMnO3)、鍶摻雜LaMnO4(SLM)、錫摻雜氧化銦(In2O3)、鍶摻雜PrMnO3、LaFeO3-LaCoO3RuO2-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈷酸鑭、氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、摻雜二氧化鈰、氧化鈰(CeO2)、三氧化二鉍、燒綠石氧化物、摻雜鋯酸鹽、鈣鈦礦氧化物材料、全氟化磺酸聚合物、聚合物復(fù)合物及其組合，但不限于此。然而，伸入流體流動(dòng)通道95中的流動(dòng)干擾器25、32應(yīng)盡量避免與互連24的電-機(jī)械接觸，以防止經(jīng)過燃料電池50的任何可能的電短路(參見圖1)。
在根據(jù)圖1至圖6中所示的平面結(jié)構(gòu)的實(shí)施例描述本發(fā)明的同時(shí)，應(yīng)認(rèn)識(shí)到此發(fā)明還可應(yīng)用于燃料電池的其它實(shí)施方式，包括管狀燃料電池，但不限于此。例如，圖7表示用于管狀燃料電池的流動(dòng)干擾器25的通常排列方式。
利用上述的幾個(gè)典型實(shí)施方式描述了本發(fā)明。但本發(fā)明不一定限于此處描述的實(shí)施方式，在沒有以任何方式脫離本發(fā)明精神的條件下可以進(jìn)行各種修改和替換。這樣，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，利用不超越常規(guī)的試驗(yàn)，可以得到在此公開的本發(fā)明的進(jìn)一步的修改和等效替代，所有這些修改和等效替代均被認(rèn)為是在由所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池組件(10)，包括包括陽極(20)、陰極(30)和設(shè)置在其間的電解質(zhì)(40)的至少一個(gè)燃料電池(50)；在所述至少一個(gè)燃料電池(50)中設(shè)置的、用于將流體傳送給所述燃料電池(50)的至少一個(gè)流體流動(dòng)通道(95)；以及與所述陽極(20)、所述陰極(30)和所述電解質(zhì)(40)至少一個(gè)接觸的至少一個(gè)流動(dòng)干擾器(25)的陣列，所述流動(dòng)干擾器(25)伸入所述流體流動(dòng)通道(95)以便當(dāng)所述流體被引入到所述流體流動(dòng)通道(95)中時(shí)干擾所述流體的流動(dòng)并提高所述流體和所述燃料電池組件(10)之間的熱量傳遞速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流體干擾器(25)的陣列還包括從所述電解質(zhì)(40)延伸到所述陰極(30)和所述陽極(20)至少一個(gè)內(nèi)的流動(dòng)干擾器(32)的第二陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述燃料電池(50)通常從下列組中選擇，所述組包括固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、磷酸燃料電池、堿性燃料電池、直接甲醇燃料電池、再生燃料電池、鋅空氣燃料電池和質(zhì)子陶瓷燃料電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述燃料電池(50)包括至少一個(gè)具有平面結(jié)構(gòu)的燃料電池(50)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述燃料電池(50)包括至少一個(gè)具有管狀結(jié)構(gòu)的燃料電池(50)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述至少一個(gè)燃料流動(dòng)通道(95)包括氧化劑流動(dòng)通道(36)和燃料流動(dòng)通道(28)，所述流動(dòng)干擾器(25、32)的所述陣列伸入所述氧化劑流動(dòng)通道(36)和所述燃料流動(dòng)通道(28)至少一個(gè)內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)包括陶瓷材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)包括作為所述陽極(20)、所述陰極(30)和所述電解質(zhì)(40)之一的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)的材料是從下列組中選擇的，所述組包括金屬鎳、銀、銅、鈷、釕、鎳-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Ni-YSZ金屬陶瓷)、銅-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Cu-YSZ金屬陶瓷)、Ni-二氧化鈰金屬陶瓷、鈣鈦礦摻雜錳酸鑭(LaMnO3)、鍶摻雜LaMnO4(SLM)、錫摻雜氧化銦(In2O3)、鍶摻雜PrMnO3、LaFeO3-LaCoO3RuO2-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈷酸鑭、氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、摻雜二氧化鈰、氧化鈰(CeO2)、三氧化二鉍、燒綠石氧化物、摻雜鋯酸鹽、鈣鈦礦氧化物材料、全氟化磺酸聚合物、聚合物復(fù)合物及其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)通常是從下列組中選擇的，所述組包括離散的針狀物、脫扣條和擋板式擾流器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)具有基本上恒定的橫截面積。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)具有從下列組中選擇的橫截面形狀，所述組包括方形、矩形、圓形、橢圓形、環(huán)形和不規(guī)則形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)具有在約0.020英寸至約0.25英寸之間的范圍內(nèi)的寬度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)陣列具有從下列組中選擇的布置，所述組包括成直線、交錯(cuò)、均勻間隔和不規(guī)則間隔的布置。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)通過所述陽極(20)和所述陰極(30)的至少一個(gè)的表面從所述電解質(zhì)(40)中伸出。
16.一種燃料電池組件(10)，包括包括陽極(20)、陰極(30)和設(shè)置其間的電解質(zhì)(40)的至少一個(gè)燃料電池(50)；在所述至少一個(gè)燃料電池(50)中設(shè)置的、用于將流體傳送給所述燃料電池(50)的至少一個(gè)流體流動(dòng)通道(95)；以及通過所述陽極(20)、所述陰極(30)的至少一個(gè)從所述電解質(zhì)(40)伸出的至少一個(gè)流動(dòng)干擾器(25)的陣列，所述電解質(zhì)(40)進(jìn)一步包括從所述電解質(zhì)(40)伸入所述陰極(30)和所述陽極(20)至少一個(gè)內(nèi)的流動(dòng)干擾器(25、32)的第二陣列，所述流動(dòng)干擾器(25、32)伸入所述流體流動(dòng)通道(95)以便當(dāng)所述流體被引入所述流體流動(dòng)通道(95)內(nèi)時(shí)干擾所述流體的流動(dòng)并提高所述流體和所述燃料電池組件(10)之間的熱量傳遞速率。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)通常是從下列組中選擇的，所述組包括離散的針狀物、脫扣條和擋板式擾流器。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)具有基本上恒定的橫截面積。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)具有從下列組中選擇的橫截面形狀，所述組包括方形、矩形、圓形、橢圓形、環(huán)形和不規(guī)則形狀。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)具有在約0.020英寸至約0.25英寸之間的范圍內(nèi)的寬度。
21.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)陣列具有從下列組中選擇的布置，所述組包括成直線、交錯(cuò)、均勻間隔和不規(guī)則間隔的布置。
22.根據(jù)權(quán)利要求16的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)包括作為所述陽極(20)、所述陰極(30)和所述電解質(zhì)(40)之一的材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的燃料電池組件(10)，其中所述流動(dòng)干擾器(25、32)的材料是從下列組中選擇的，所述組包括金屬鎳、銀、銅、鈷、釕、鎳-氧化釔穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Ni-YSZ金屬陶瓷)、銅-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯金屬陶瓷(Cu-YSZ金屬陶瓷)、Ni-二氧化鈰金屬陶瓷、鈣鈦礦摻雜錳酸鑭(LaMnO3)、鍶摻雜LaMnO4(SLM)、錫摻雜氧化銦(In2O3)、鍶摻雜PrMnO3、LaFeO3-LaCoO3RuO2-氧化釔-穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、鈷酸鑭、氧化鋯、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、摻雜二氧化鈰、氧化鈰(CeO2)、三氧化二鉍、燒綠石氧化物、摻雜鋯酸鹽、鈣鈦礦氧化物材料、全氟化磺酸聚合物、聚合物復(fù)合物及其組合。
全文摘要
本發(fā)明提供一種至少包括一個(gè)燃料電池(50)的燃料電池組件(10)。該燃料電池包括陽極(20)、陰極(30)和設(shè)置在其間的電解質(zhì)(40)；在所述至少一個(gè)燃料電池(50)中設(shè)置的、用于將流體傳送給所述燃料電池(50)的至少一個(gè)流體流動(dòng)通道(95)和與所述陽極(20)、所述陰極(30)和所述電解質(zhì)(40)的至少一個(gè)接觸的至少一個(gè)流動(dòng)干擾器(25)的陣列。流動(dòng)干擾器(25、32)伸入所述流體流動(dòng)通道(95)內(nèi)以便當(dāng)所述流體被引入到流體流動(dòng)通道(95)中時(shí)干擾流體流動(dòng)并提高流體和燃料電池組件(10)之間的熱量傳遞速率。
文檔編號(hào)H01M8/24GK1495949SQ0312490
公開日2004年5月12日 申請(qǐng)日期2003年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月18日
發(fā)明者R·S·邦克, R S 邦克 申請(qǐng)人:通用電氣公司