具有可變數(shù)量的通道部分的蜿蜒形流場(chǎng)的制作方法
【專利說明】具有可變數(shù)量的通道部分的蜿蜒形流場(chǎng)
[0001]本發(fā)明在由美國交通部授予的合同號(hào)CA-04-7003-00下在政府支持下被作出。因此，美國政府對(duì)本發(fā)明具有一定的權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開的主題大體涉及包括流場(chǎng)的部件。更確切地，本公開的主題涉及流場(chǎng)構(gòu)型。
【背景技術(shù)】
[0003]燃料電池用于產(chǎn)生電力。燃料電池有助于例如氫和氧的反應(yīng)物之間的電化學(xué)反應(yīng)。反應(yīng)物或冷卻劑分布板包括流場(chǎng)，該流場(chǎng)具有多個(gè)通道，以用于在電池組組件內(nèi)引導(dǎo)反應(yīng)物或冷卻劑。各種流場(chǎng)構(gòu)型已經(jīng)被提出。例如，蜿蜒形流場(chǎng)包括彼此相鄰以沿相反方向引導(dǎo)反應(yīng)物或冷卻劑流體的流動(dòng)通道的部分。蜿蜒形流場(chǎng)構(gòu)型的一個(gè)特征在于，其允許沿著流動(dòng)路徑的潛在更干燥區(qū)域的濕化。與實(shí)現(xiàn)用于流體分布板的蜿蜒形流場(chǎng)相關(guān)的一個(gè)難題在于，板上僅存在有限的空間，并且尤其當(dāng)流動(dòng)路徑的所需數(shù)量增加時(shí)，特定設(shè)計(jì)考量必須被考慮在內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]示例性流場(chǎng)包括多個(gè)流動(dòng)通道部分。存在η個(gè)入口部分，其構(gòu)造成將流體引入流場(chǎng)。多個(gè)第一通過部分以第一方向引導(dǎo)流體流。多個(gè)第二通過部分以大體平行于第一方向并且與其相反的第二方向引導(dǎo)流動(dòng)流體。多個(gè)第三通過部分以第一方向引導(dǎo)流體流。η個(gè)出口部分構(gòu)造成允許流體離開流場(chǎng)。η是整數(shù)，并且在多個(gè)通過部分中的至少一個(gè)中的部分的數(shù)量是η的非整數(shù)倍。
[0005]本領(lǐng)域技術(shù)人員從下列詳細(xì)說明將顯而易見到所公開的示例性實(shí)施例的各個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)。隨附詳細(xì)說明的附圖可以被簡要地描述如下。
【附圖說明】
[0006]圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例設(shè)計(jì)的示例性燃料電池部件。
[0007]圖2示意性地示出另一示例性實(shí)施例。
[0008]圖3示意性地示出另一示例性實(shí)施例。
[0009]圖4示意性地示出另一示例性實(shí)施例。
[0010]圖5示意性地示出圖1-4的實(shí)施例中的任一個(gè)的對(duì)稱特征。
【具體實(shí)施方式】
[0011]所公開的示例性流場(chǎng)具有數(shù)量為η的入口和出口部分。流場(chǎng)包括在入口部分和出口部分之間的η的非整數(shù)倍的通道部分。所公開的流場(chǎng)布置潛在地在各種情形中是有用的。燃料電池需要流場(chǎng)以用于分布例如反應(yīng)物和冷卻劑的流體。例如液流電池的其它裝置包括流場(chǎng)，并且所公開的示例在此類裝置中可以是有用的。包括流場(chǎng)的燃料電池部件在下述說明中被認(rèn)為用于討論目的。
[0012]圖1示意性地示出燃料電池部件20。在此示例中，燃料電池部件20是反應(yīng)物分布板。
[0013]流場(chǎng)22包括用于在燃料電池內(nèi)引導(dǎo)流體的多個(gè)通道。在所示出的示例中，流場(chǎng)22構(gòu)造成在燃料電池內(nèi)引導(dǎo)流體流。此實(shí)施例對(duì)于引導(dǎo)冷卻劑流來說是有用的，以提供濕化并且消散燃料電池內(nèi)的熱量。
[0014]示例性流場(chǎng)22包括多個(gè)入口部分24。此示例包括五個(gè)入口部分24。入口部分24構(gòu)造成沿朝向多個(gè)第一通過部分26的方向(例如根據(jù)附圖，向上)引導(dǎo)流體(例如冷卻劑)進(jìn)入流場(chǎng)22中。
[0015]所示出的示例包括八個(gè)第一通過部分26，其與入口部分24連接以用于流體流從入口部分24流入第一通過部分26。第一通過部分26位于流場(chǎng)22內(nèi)，以用于以沿著板20的部分的第一方向引導(dǎo)流體流。在附圖中，第一方向是大體水平的，并且從左至右。流體流的第一方向旨在朝向多個(gè)第二通過部分28引導(dǎo)流體。
[0016]在所示出的示例中，存在九個(gè)第二通過部分28，其與第一通過部分26連接以用于從第一通過部分26到第二通過部分28中的流體運(yùn)動(dòng)。第二通過部分28沿著板20的另一部分以第二方向引導(dǎo)流體流，該第二方向大體平行于第一方向并且與第一方向相反。第二通過部分28沿著第二方向朝向第三通過部分30引導(dǎo)流體流。
[0017]所示出的示例包括八個(gè)第三通過部分30，其與第二通過部分28連接以用于流體流從第二通過部分28流入第三通過部分30。第三通過部分30沿第三方向引導(dǎo)流體流，該第三方向在所示出的示例中與第一方向相同(例如，在附圖中從左至右)。第三通過部分30朝向出口部分32引導(dǎo)流體流。
[0018]所示出的示例包括五個(gè)出口部分32。出口部分32構(gòu)造成允許流體離開流場(chǎng)22。
[0019]如從說明中所能夠領(lǐng)會(huì)到的，流場(chǎng)22具有流體運(yùn)動(dòng)進(jìn)入入口部分24、沿著第一通過部分26、沿著第二通過部分28、然后沿著第三通過部分30且最后沿著出口部分32的大體流動(dòng)。
[0020]在所示出的示例中，存在相等數(shù)量的入口部分24和出口部分32。在多個(gè)通過部分中的至少一個(gè)的通過部分的數(shù)量是入口部分?jǐn)?shù)量的非整數(shù)倍。換言之，存在η個(gè)入口和出口部分，且多個(gè)通過部分中的至少一個(gè)所包括的部分的數(shù)量是η的非整數(shù)倍。在圖1的示例中，存在2η-2個(gè)第一通過部分和2η-2個(gè)第三通過部分。在圖1的示例中存在2η_1個(gè)第二通過部分。提供不同數(shù)量的通過部分以及使用入口和出口部分?jǐn)?shù)量的非整數(shù)倍會(huì)允許在燃料電池部件(例如反應(yīng)物或冷卻劑分布板)上可用的受限空間內(nèi)容納更大數(shù)量的入口和出口部分。
[0021]在不同的多個(gè)通過部分中具有不同數(shù)量的通過部分是可能的。在存在η個(gè)入口和η個(gè)出口部分時(shí)，存在2n-a個(gè)第一通過部分、2n_b個(gè)第二通過部分和2n_c個(gè)第三通過部分。在圖1的示例中，a和c是相等的。在圖1的示例中，a和c等于2且b等于I。給出這些說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到將滿足其特定情形的需要的a、b或c的其它可能的值。
[0022]給出通過部分的不同數(shù)量以及包含η的非整數(shù)倍的通過部分，沿著流場(chǎng)22的流動(dòng)路徑中的至少一些存在分叉，以及沿著流動(dòng)路徑中的至少一些存在結(jié)合部。在圖1的示例中，開始于入口部分24-2的流動(dòng)路徑包括在40處的分叉，使得入口部分24-2與第一通過部分26-2和26-3中的每個(gè)連接，以用于從入口部分24-2至第一通過部分26_2和26_3中的每個(gè)的流體運(yùn)動(dòng)。在圖1的示例中，在入口部分24-3與第一通過部分26-4和26-5中的每個(gè)連接的地方存在相似的分叉。沿著開始于入口部分24-4的流動(dòng)路徑存在相似的分叉，其中入口部分24-4被連接到第一通過部分26-6和26-7中的每個(gè)以與其流體連通。
[0023]在圖1的示例中，開始于入口部分24-1的流動(dòng)路徑不包括分叉。開始于入口部分24-5的流動(dòng)路徑在第一通過部分26-8的端部附近的42處包括分叉，在此處所述第一通過部分與第二通過部分28-8和28-9中的每個(gè)連接以允許流體流入這些第二通過部分。
[0024]圖1的示例包括在44處的結(jié)合部，在此處第二通過部分28-1和28_2中的每個(gè)被連接到第三通過部分30-1以與其流體連通。另一結(jié)合部被示出在46處，在此處第三通過部分30-6和30-7中的每個(gè)與出口部分32-4連接以允許流體流入此出口部分。在圖1的示例中，如從附圖所能夠領(lǐng)會(huì)到的，出口部分32-1和32-5均被連接到單個(gè)的第三通過部分以與其流體連通。
[0025]在圖1的示例中，流場(chǎng)22的每個(gè)流動(dòng)路徑包括至少一個(gè)分叉或者至少一個(gè)結(jié)合部。流動(dòng)路徑中的大多數(shù)包括分叉和結(jié)合部。分叉和結(jié)合部有助于使用不同數(shù)量的通過部分以及入口部分24的數(shù)量η的非整數(shù)倍。使用作為入口部分24的數(shù)量η的非整數(shù)倍的數(shù)量的通過部分會(huì)使得可能使用更大范圍的數(shù)量的入口部分24，同時(shí)仍能夠在燃料電池部件(例如流體分布板)上可用的受限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)蜿蜒形流場(chǎng)。反應(yīng)物和冷卻劑分布板流場(chǎng)典型地需要一致的通道間距，以及對(duì)于一些所需數(shù)量的入口部分，不可能在燃料電池部件的尺寸約束內(nèi)以蜿蜒形構(gòu)型裝配此數(shù)量的整數(shù)倍。包括可變數(shù)量的通過部分以及非整數(shù)倍因子的使用的所示出的示例會(huì)使得可能容納更大數(shù)量的入口部分，所述入口部分供應(yīng)至多個(gè)通過部分從而建立蜿蜒形流場(chǎng)構(gòu)型。
[0026]圖2說明另一示例性實(shí)施例。在此示例中，入口部分24、出口部分32、第一通過部分26、第二通過部分28和第三通過部分30的數(shù)量分別等于包括在圖1的實(shí)施例中的數(shù)量。圖1與圖2的實(shí)施例之間的一個(gè)差異在于，在圖2的實(shí)施例中不包括圖1的實(shí)施例中的分叉42。相反地，包括在50處的分叉，在此處第一通過部分26-1被連接到第