Патент на изобретение №2353022

(54) ТОПЛИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И СЕПАРАТОР ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА

(57) Реферат:

Изобретение относится к конструкции топливного элемента и к конструкции сепаратора топливного элемента. Согласно изобретению топливный элемент содержит узел электролита и сепаратор, имеющий одну сторону в качестве стороны, образующей тракт потока газа, с трактом потока газа, образованным на ней для обеспечения возможности протекания химически активного газа, и другую сторону, которая является противоположной первой стороне, в качестве стороны, образующей тракт потока охладителя, с трактом потока охладителя, образованным на ней для обеспечения возможности протекания охладителя. Сторона, образующая тракт потока газа сепаратора, имеет множество линейных трактов потока газа, которые расположены параллельно друг другу, и соединительную конструкцию тракта потока газа, которая подразделяет множество линейных трактов потока газа на множество групп линейных трактов потока газа и соединяет, по меньшей мере, часть множества групп линейных трактов потока газа последовательно. Сторона, образующая тракт потока охладителя, имеет множество линейных трактов потока охладителя, которые образованы как перевернутая (обратная) конструкция множества линейных трактов потока газа на стороне, образующей тракт потока газа, и соединительную конструкцию тракта потока охладителя, которая образована как перевернутая конструкция соединительной конструкции тракта потока газа на стороне, образующей тракт потока газа, чтобы соединять множество линейных трактов потока охладителя в параллель. Техническим результатом является увеличение электропроводности и теплопроводности. 5 н. и 24 з.п. ф-лы, 19 ил.

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Формула изобретения

1. Топливный элемент, который содержит:
узел электролита и
сепаратор, имеющий одну сторону в качестве стороны, образующей тракт потока газа, для обеспечения возможности протекания химически активного газа, и другую сторону, которая является противоположной первой стороне, в качестве стороны, образующей тракт потока охладителя для обеспечения возможности протекания охладителя,
причем сторона, образующая тракт потока газа сепаратора, имеет множество линейных трактов потока газа, которые расположены параллельно друг другу, и соединительную конструкцию тракта потока газа, которая подразделяет множество линейных трактов потока газа на множество групп линейных трактов потока газа и соединяет по меньшей мере часть множества групп линейных трактов потока газа последовательно,
при этом сторона, образующая тракт потока охладителя, имеет множество линейных трактов потока охладителя, которые образованы как перевернутая конструкция множества линейных трактов потока газа на стороне, образующей тракт потока газа, и соединительную конструкцию тракта потока охладителя, которая образована как перевернутая конструкция соединительной конструкции тракта потока газа на стороне, образующей тракт потока газа, чтобы соединять множество линейных трактов потока охладителя в параллель.

2. Топливный элемент по п.1, в котором соединительная конструкция тракта потока газа имеет вогнуто-выпуклую форму, которая отделена от множества линейных трактов потока газа и находится в контакте с узлом электролита.

3. Топливный элемент по п.1 или 2, в котором соединительная конструкция тракта потока газа соединяет все группы множества групп линейных трактов потока газа последовательно.

4. Топливный элемент по п.1, в котором соединительная конструкция тракта потока газа имеет разделительную балку тракта потока газа, чтобы разделять множество линейных трактов потока газа на множество групп линейных трактов потока газа,
причем разделительная балка тракта потока газа выполнена по меньшей мере в одной соединительной конструкции тракта потока газа таким образом, что имеет по меньшей мере одну большую ширину контакта при контакте с узлом электролита и более высокое контактное давление, оказываемое на узел электролита, чем ширина контакта или контактное давление балок линейного тракта потока газа, образующих множество линейных трактов потока газа.

5. Топливный элемент по п.4, в котором разделительная балка тракта потока газа выполнена по меньшей мере в одной соединительной конструкции тракта потока газа таким образом, что имеет большую высоту, чем высота балок линейного тракта потока газа в направлении ламинирования узла электролита и сепаратора.

6. Топливный элемент по п.1, в котором соединительная конструкция тракта потока газа имеет разделительную балку тракта потока газа, чтобы разделять множество линейных трактов потока газа на множество групп линейных трактов потока газа,
причем разделительная балка тракта потока газа выполнена по меньшей мере в одной соединительной конструкции тракта потока газа таким образом, что имеет по меньшей мере одну большую ширину контакта при
контакте с узлом электролита, чем ширина контакта балок линейного тракта потока газа, образующих множество линейных трактов потока газа, при этом сторона, образующая тракт потока охладителя сепаратора, имеет линейный тракт потока охладителя, образованный как обратная сторона разделительной балки тракта потока газа,
причем соединительная конструкция тракта потока охладителя имеет элемент управления расходом, который ограничивает расход охладителя, втекающего в линейный тракт потока охладителя, так чтобы он был близок к расходу охладителя, втекающего во множество линейных трактов потока охладителя.

7. Топливный элемент по п.6, в котором элемент управления расходом соединительной конструкции тракта потока охладителя имеет плотину, образованную снаружи от линейного тракта потока охладителя, чтобы ограничивать расход охладителя, втекающего в линейный тракт потока охладителя.

8. Топливный элемент по п.1, в котором соединительная конструкция тракта потока газа имеет разделительную балку тракта дотока газа, чтобы разделять множество линейных трактов потока газа на множество групп линейных трактов потока газа,
причем разделительная балка тракта потока газа выполнена по меньшей мере в одной соединительной конструкции тракта потока газа таким образом, что имеет по меньшей мере одну большую ширину контакта при контакте с узлом электролита, чем ширина контакта балок линейного тракта потока газа, образующих множество линейных трактов потока газа, при этом сторона, образующая тракт потока охладителя сепаратора, имеет линейный тракт потока охладителя, образованный как обратная сторона разделительной балки тракта потока газа,
причем линейный тракт потока охладителя выполнен так, чтобы ограничивать расход охладителя, втекающего в линейный тракт потока охладителя, так чтобы он был близок к расходу охладителя, втекающего во множество линейных трактов потока охладителя.

9. Топливный элемент по п.8, в котором сепаратор имеет элемент управления расходом, который прикреплен к внутренней стенке линейного тракта потока охладителя, чтобы ограничивать расход охладителя, втекающего в линейный тракт потока охладителя.

10. Топливный элемент по п.1, в котором соединительная конструкция тракта потока газа имеет регулирующий элемент, чтобы выравнивать скорости течения химически активного газа, втекающего во множество линейных трактов потока газа.

11. Топливный элемент по п.1, в котором сепаратор изготовлен из металла.

12. Топливный элемент по п.11, в котором сепаратор изготовлен прессованием из пластины листового металла.

13. Сепаратор для топливного элемента, содержащий узел электролита, причем указанный сепаратор имеет:
сторону, образующую тракт потока газа, которая входит в контакт и взаимосвязана с узлом электролита, чтобы образовать тракт потока газа для обеспечения возможности протекания химически активного газа; и
сторону, образующую тракт потока охладителя, которая является противоположной стороне, образующей тракт потока газа, чтобы образовать тракт потока охладителя для обеспечения возможности протекания охладителя,
причем сторона, образующая тракт потока газа сепаратора, имеет множество линейных трактов потока газа, которые расположены параллельно друг другу, и соединительную конструкцию тракта потока газа, которая подразделяет множество линейных трактов потока газа на множество групп линейных трактов потока газа и соединяет по меньшей мере часть множества групп линейных трактов потока газа последовательно, при этом сторона, образующая тракт потока охладителя, имеет множество линейных трактов потока охладителя, которые образованы как перевернутая конструкция множества линейных трактов потока газа на стороне, образующей тракт потока газа, и соединительную конструкцию тракта потока охладителя, которая образована как перевернутая конструкция соединительной конструкции тракта потока газа на стороне, образующей тракт потока газа, чтобы соединять множество линейных трактов потока охладителя в параллель.

14. Газовый сепаратор для топливного элемента, содержащий:
проводящую опорную плиту;
первую вогнуто-выпуклую конструкцию, которая образована на одной стороне проводящей опорной плиты и которая образует часть внутренней стенки тракта потока химически активного газа и служит для обеспечения возможности протекания химически активного газа;
вторую вогнуто-выпуклую конструкцию, которая образована на другой стороне проводящей опорной плиты как перевернутая первая вогнуто-выпуклая конструкция, которая образует часть внутренней стенки тракта потока охладителя и служит для обеспечения возможности протекания охладителя;
и по меньшей мере одну выпуклость разделительной линии, которая предусмотрена на одной стороне проводящей опорной плиты, идет через область выработки электроэнергии и имеет образованную на ней первую вогнуто-выпуклую конструкцию, образующую часть внутренней стенки тракта потока химически активного газа, причем выпуклость разделительной линии имеет один конец, идущий в направлении первого положения на периферии области выработки электроэнергии, и другой конец вдали от второго положения на периферии области выработки электроэнергии, которое отличается от первого положения, при этом выпуклость разделительной линии подразделяет область выработки электроэнергии на множество разделительных областей и соединяет множество разделительных областей области выработки электроэнергии последовательно через соединительную область, которая содержит первое пространство между другим концом выпуклости разделительной линии и периферией области выработки электроэнергии,
причем первая вогнуто-выпуклая конструкция имеет множество выпуклостей разделительных областей, которые образованы во множестве разделительных областей на одной стороне проводящей опорной плиты и расположены вдоль множества первых линий, имеющих соответствующих два конца на удалении от периферии области выработки электроэнергии, так что они идут главным образом параллельно выпуклости разделительной линии,
при этом вторая вогнуто-выпуклая конструкция имеет выпуклость потока охладителя, которая образована на другой стороне проводящей опорной плиты как перевернутая конструкция впадины, образованной при помощи выпуклости разделительной линии и одной из множества выпуклостей разделительных областей, и идет вдоль второй линии, имеющей два конца на удалении от периферии области задней стороны, соответствующей области выработки электроэнергии, идущей главным образом параллельно выпуклости разделительной линии.

15. Газовый сепаратор по п.14, в котором по меньшей мере одна выпуклость разделительной линии образована совместно с первой вогнуто-выпуклой конструкцией и со второй вогнуто-выпуклой конструкцией на проводящей опорной плите как выпуклость, образующая впадину ее перевернутой формы.

16. Газовый сепаратор по п.14, в котором по меньшей мере одна выпуклость разделительной линии образована отдельно от проводящей опорной плиты и расположена на одной стороне проводящей опорной плиты.

17. Газовый сепаратор по п.16, в котором по меньшей мере одна выпуклость разделительной линии, которая образована отдельно от проводящей опорной плиты, изготовлена из электропроводного материала.

18. Газовый сепаратор по одному из пп.14-17, в котором каждая из множества выпуклостей разделительной области представляет собой линейную выпуклость разделительной области, которая непрерывно идет между двумя концами первой линии.

19. Газовый сепаратор по п.18, в котором каждая из множества линейных выпуклостей разделительной области имеет вершину заданной первой длины,
причем множество линейных выпуклостей разделительной области расположены во множестве разделительных областей с промежутками заданной второй длины, которые представляют собой расстояние между вершинами смежных линейных выпуклостей разделительной области, при этом множество линейных выпуклостей разделительной области расположены в положениях линейных выпуклостей фантомной разделительной области в фантомной конструкции, образованных с регулярными промежутками заданной второй длины поверх всей первой вогнуто-выпуклой конструкции, без выпуклости разделительной линии.

20. Газовый сепаратор по п.19, в котором вершина по меньшей мере одной выпуклости разделительной линии имеет ширину, которая закрывает сверху вершину одной линейной выпуклости фантомной разделительной области, которая будет образована вместо выпуклости разделительной линии и будет расположена между существующими парами линейных выпуклостей смежной разделительной области, расположенных от края до края выпуклости разделительной линии в фантомной конструкции с линейными выпуклостями фантомной разделительной области, которые будут образованы с регулярными промежутками заданной второй длины поверх всей первой вогнуто-выпуклой конструкции, без выпуклости разделительной линии.

21. Газовый сепаратор по п.14, в котором выпуклость тракта потока охладителя представляет собой линейную выпуклость тракта потока охладителя, которая идет непрерывно между двумя концами второй линии.

22. Газовый сепаратор по п.14, в котором первая вогнуто-выпуклая конструкция имеет множество первых выступов в соединительной области, содержащей второе пространство между одним концом выпуклости разделительной области, образованным на первой линии, и периферией области выработки электроэнергии, причем вторая вогнуто-выпуклая конструкция имеет множество вторых выступов, образованных в положениях, не мешающих множеству первых выступов в задней-передней области, которая является противоположной соединительной области и содержит третье пространство между одним концом выпуклости тракта потока охладителя, образованным на второй линии, и периферией задней-передней области.

23. Газовый сепаратор по п.14, в котором по меньшей мере одна выпуклость разделительной линии имеет большую высоту в направлении толщины указанного газового сепаратора, чем другие выпуклости, имеющиеся в первой вогнуто-выпуклой конструкции.

24. Топливный элемент, который содержит:
узел электролита, содержащий электролитную мембрану и анод и катод, образованные на двух сторонах электролитной мембраны; и
пару газовых сепараторов по одному из пп.14-23, причем газовые сепараторы расположены поперек узла электролита в виде газового сепаратора стороны анода и газового сепаратора стороны катода и образуют тракт потока топливного газа, подводимого к аноду, и тракт потока окисляющего газа, подводимого к катоду, в виде трактов потока химически активных газов.

25. Топливный элемент, который получен за счет ламинирования множества единичных топливных элементов,
причем каждый единичный топливный элемент имеет:
узел электролита, содержащий электролитную мембрану и анод и катод, образованные на двух сторонах электролитной мембраны; и
пару газовых сепараторов по п.22, причем газовые сепараторы расположены поперек узла электролита в виде газового сепаратора стороны анода и газового сепаратора стороны катода и образуют тракт потока топливного газа, подводимого к аноду, и тракт потока окисляющего газа, подводимого к катоду, в виде трактов потока химически активных газов,
причем множество первых выступов, образованных на газовом сепараторе стороны анода, перекрываются множеством первых выступов, образованных на газовом сепараторе стороны катода, посредством узла электролита в каждом единичном топливном элементе,
при этом множество вторых выступов, образованных на газовом сепараторе стороны анода в одном единичном топливном элементе, находятся в контакте с множеством вторых выступов, образованных на газовом сепараторе стороны катода в смежном единичном топливном элементе, который расположен рядом с газовым сепаратором стороны анода в первом единичном топливном элементе.

26. Топливный элемент по одному из пп.24 и 25, в котором газовый сепаратор стороны анода имеет большее число выпуклостей разделительной линии, чем газовый сепаратор стороны катода.

27. Топливный элемент по одному из пп.24 и 25, в котором выпуклости разделительной линии идут главным образом в горизонтальном направлении как на газовом сепараторе стороны анода, так и на газовом сепараторе стороны катода,
причем топливный газ втекает из тракта потока топливного газа, образованного в разделительной области, расположенной на верхней стороне в вертикальном направлении, в тракт потока топливного газа, образованного в разделительной области, расположенной на нижней стороне в вертикальном направлении на газовом сепараторе стороны анода,
при этом окисляющий газ втекает из тракта потока окисляющего газа, образованного в разделительной области, расположенной на нижней стороне в вертикальном направлении, в тракт потока окисляющего газа, образованного в разделительной области, расположенной на верхней стороне в вертикальном направлении на газовом сепараторе стороны катода.

28. Топливный элемент по одному из пп.24 и 25, в котором множество разделительных областей, соединенных последовательно, постепенно сужаются в направлении ниже по течению химически активного газа.

29. Топливный элемент по одному из пп.24 и 25, который дополнительно содержит:
уплотняющий элемент, который предусмотрен между узлом электролита и каждым из газовых сепараторов, который расположен по меньшей мере на части периферии области выработки электроэнергии и обеспечивает газовое уплотнение тракта потока химически активного газа;
и предотвращающую утечку газа конструкцию, предусмотренную на одной стороне газового сепаратора, чтобы заполнить зазор между выступающим концом по меньшей мере одной выпуклости разделительной линии и уплотняющим элементом, предусмотренным на периферии области выработки электроэнергии.

РИСУНКИ