具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板的利记博彩app

本发明涉及一种具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板，更具体涉及一种改良了接触压力的密封垫的燃料电池隔板。

背景技术：

如本领域所公知的，燃料电池堆包括设置在其最内侧的膜电极组件(MEA)。MEA包括质子可移动通过的聚合物电解质膜，和催化层(即阴极(空气电极)和阳极(燃料电极))，其被施加到聚合物电解质膜的两个表面，使得氢与氧发生反应。

此外，燃料电池堆包括顺序堆叠在电解质膜的外部(即布置阴极和阳极的部分)的气体扩散层(GDL)和密封垫；隔板，布置在GDL的外部并形成有流场，燃料通过该流场被供给且由反应生成的水通过该流场被排出；以及端板，结合到其最外侧，用于支撑和固定上述部件。因此，燃料电池堆的阳极中氢气的氧化反应产生质子和电子。特别地，所产生的质子和电子通过各自的电解质膜和隔板移动到阴极。在阴极，由从阳极移动的质子和电子与空气中的氧气通过电化学反应产生水，同时通过电子的流动产生电能。

在燃料电池堆中，密封垫附接到隔板以划分燃料电池堆的各单元电池，并且起到独立密封形成于隔板表面的氢气、冷却剂、空气的通道的作用。此外，为了更平稳地执行密封垫的功能，需考虑将密封垫附接到隔板的方法以及密封垫材料的选择，来制造燃料电池堆。

换句话说，隔板与密封垫之间的粘接结构需要具有防止氢气直接接触空气的通道密封功能，防止冷却剂接触氢气和空气的密封功能，防止流体(例如，空气、氢气和冷却剂)流出到外部的密封保持功能等。此外，置于隔板之间的密封垫提供了隔板之间的支撑力。可通过注射成型将密封垫与隔板两个表面上的每个隔板一体地制造。特别地，由于燃料电池的特性，即反应气体和冷却流体需要气密性(例如，气密密封)，因此密封垫可被制造成防止工作流体泄漏。

对于具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板，现有技术的装置包括通过注射成型而与隔板一体的密封垫，并且通过注射成型一体形成在隔板的两个表面上的密封垫连续地连接，从而构成一个封闭的曲线。此外，每个隔板的整体边缘与每个歧管之间的边界形成有多个用于密封垫的注射流体通过的注射孔，用于密封垫的注射流体通过该注射孔从隔板的一个表面流到另一表面，因此，通过注射成型将密封垫一体形成在隔板的全部两个表面上。

具体地，下面参考现有技术的图1描述形成在常规隔板的每个反应表面和冷却表面的密封垫的结构。图1所示隔板的每个反应表面10和10'是发生燃料电池反应的部分。在反应表面10和10'中，布置有为空气、冷却剂和氢气提供通道的歧管20、20'、22、22'、24和24'，并且反应表面侧气密管线30a和30a'被形成为阻碍反应气体和冷却流体的移动。多个密封垫支撑部32a和32a'被形成为与气密管线30a和30a'平行，并以预定间隔隔开。此外，从隔板的冷却表面12和12'引入的氢气或空气，通过空气通孔40和40'移动到反应表面10和10'。

此外，隔板的每个冷却表面12和12'是去除由化学反应产生的热量的部分。在冷却表面12和12'中，布置有为空气、冷却剂和氢气提供通道的歧管20、20'、22、22'、24和24'，并且冷却表面侧气密管线30b和30b'被形成以引入冷却流体。多个密封垫支撑部32b和32b'被形成为与气密管线30b和30b'平行，并以预定间隔隔开。

如图1所示，在密封垫中，冷却表面侧气密管线30b和30b'和反应表面侧气密管线30a和30a'的位置彼此不同，并且密封垫支撑部32b和32b'支撑密封垫的负载。因此，密封垫支撑部32b和32b'之间的每条气密管线的接触压力可能会劣化，并且冷却剂可能会泄漏到空气歧管20和20'或氢气歧管24和24'。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供一种具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板，其能够通过在与隔板的冷却表面侧气密管线相对应的冷却表面侧位置处未形成空气孔的区域中额外地形成副气密管线，来改良冷却表面侧气密管线的接触压力。

在示例性实施例中，本发明提供一种具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板，并且密封垫可具有冷却表面侧气密管线和反应表面侧气密管线，形成在燃料电池隔板的歧管部和通道表面之间；以及密封垫支撑部，其与每个气密管线形成为一体。密封垫可包括副气密管线，在与冷却表面侧气密管线相对应的隔板的反应表面的区域中未形成气体孔的区域中，副气密管线连接于反应表面侧气密管线。

此外，密封垫可包括：空气副气密管线，作为形成在隔板的阳极反应表面上的副气密管线，在与阳极冷却表面侧空气气密管线相对应的阳极反应表面的区域中未形成氢气孔的区域中，连接于阳极冷却表面侧空气气密管线，其中阳极冷却表面侧空气气密管线形成在隔板的空气歧管和阳极冷却表面之间。空气副气密管线可具有这样的结构，其中形成在隔板的空气歧管与阳极反应表面之间的密封垫支撑部的顶端连接成一体，并朝向阳极反应表面延伸。空气副气密管线的宽度可等于或大于形成在空气歧管与阳极反应表面之间的空气气密管线的宽度的一半，并且等于或小于空气气密管线的宽度的两倍。

可选地，密封垫可包括：氢气副气密管线，作为形成在隔板的阴极反应表面上的副气密管线，在与阴极冷却表面侧氢气气密管线相对应的阴极反应表面的区域中未形成空气孔的区域中，连接到阴极冷却表面侧氢气气密管线，其中阴极冷却表面侧氢气气密管线形成在隔板的氢气歧管与阴极冷却表面之间。该氢气副气密管线具有这样的结构，即形成在隔板的氢气歧管和阴极反应表面之间的密封垫支撑部的顶端连接成一体，并朝向阴极反应表面延伸。该氢气副气密管线的宽度可等于或大于形成在氢气歧管和阴极反应表面之间的氢气气密管线的宽度的一半，并且等于或小于氢气气密管线的宽度的两倍。

附图说明

现在参考在附图中示出的某些示例性的实施方式来详细描述本发明的上述和其它特征，仅仅以示例性的方式给出下文中的附图，因此其不构成对本发明的限制，并且其中：

图1示出根据现有技术形成在隔板的每个反应表面和冷却表面的密封垫的结构的俯视图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的了具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板的俯视图；

图3示出根据本发明示例性实施例的具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板的主要部分的放大图；

图4示出根据本发明另一示例性实施例的具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板的主要部分的放大图；

图5示出根据本发明又一示例性实施例的具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板的主要部分的放大图；以及

图6示出每个密封垫的冷却表面侧气密管线的接触压力分布的分析结果的曲线图，其中制造了根据本发明的具有带副气密管线的密封垫的隔板以及根据现有技术的具有不带副气密管线的密封垫的隔板的样品，以检查根据本发明示例性实施例的具有密封垫的燃料电池隔板的密封垫接触压力的改良情况。

应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是呈现出说明本发明基本原理的各种优选特征的简化表示。本文中所公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，这些特征将部分地由预期的特定应用和使用环境来确定。

具体实施方式

可以理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油以外的资源中取得的燃料)。如在本文中所引用的，混合动力车辆是具有两种或多种动力来源的车辆，例如汽油动力车辆和电动动力车辆二者。

虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但可以理解，示例性过程也可由一个或多个模块来执行。此外，可以理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器经配置以存储模块并且处理器经特别配置以执行所述模块从而执行在下面将进一步描述的一个或多个过程。

本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。还应该理解的是，在本说明书中使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其组合的存在或增加。如本文中所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。

下面详细参考本发明的各种实施方式，本发明的实施例在附图中被图解并且在下面被描述。尽管本发明将结合示范性实施例被描述，然而可以理解的是，本描述并不意在将本发明限制到那些示范性实施例上。相反地，本发明意在不仅仅覆盖示范性实施例，而且覆盖各种可选形式、变型、等价形式和其它实施例，其可被包含在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围中。

在根据本发明一个示例性实施例的具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板中，可通过注射成型将密封垫一体形成在每个隔板的两个表面上，并且可连续地连接，从而形成一个封闭的曲线。参照图2，根据本发明的示例性实施例的燃料电池隔板100和200可包括歧管部110和210，分别包括形成在隔板的两个侧端处的氢气歧管112和212及冷却剂歧管114和214，以及空气歧管116和216。用于反应气体和冷却流体的通道表面(例如，反应表面和冷却表面)可被形成在各个隔板100和200的整个内部区域。

特别地，用于氢气的反应表面(即，阳极反应表面)122，和用于冷却剂的冷却表面(即，阳极冷却表面)124可分别形成在面向MEA的阳极(未示出)的阳极隔板100的两个表面上。空气的反应表面(即，阴极反应表面)222以及冷却剂的冷却表面(即，阴极冷却表面)224可分别形成在面向MEA的阴极(未示出)的阴极隔板200的两个表面上。

多个气体孔(例如，氢气孔)126可沿着隔板100的竖直宽度方向布置在氢气歧管112与形成在阳极隔板100的两端处的阳极反应表面和冷却表面122和124之间。多个气体孔(例如，空气孔)226可沿隔板100的竖直宽度方向，布置在空气歧管216与形成在阴极隔板200的两端处的阴极反应表面和冷却表面222和224之间。特别地，下面将描述密封垫，即置于阳极隔板100中的阳极密封垫130。

参照图2，根据本发明示例性实施例，置于燃料电池隔板中的阳极密封垫130可包括：形成在隔板100的阳极反应表面和冷却表面122和124上的侧管线132和气密管线134和135，以及形成在阳极冷却表面124上的冷却剂引导管线139c。侧管线132可沿隔板100的整个边缘一体形成在其两个表面上，以阻碍反应气体或冷却剂流出到外部(例如，排出)。

气密管线134和135可包括沿隔板100的竖直宽度方向一体延伸在隔板100的阳极反应表面122和歧管110之间的反应表面侧气密管线134，以及沿隔板100的竖直宽度方向延伸在隔板100的阳极冷却表面124和歧管110之间的冷却表面侧气密管线135。反应表面侧气密管线134和冷却表面侧气密管线135中每一个的两端可一体地连接到侧管线132。

特别地，反应表面侧气密管线134可包括沿隔板100的竖直宽度方向，在氢气歧管112和阳极反应表面122之间一体延伸的反应表面侧氢气气密管线134a；沿隔板100的竖直宽度方向，在空气歧管116和阳极反应表面122之间一体延伸的反应表面侧空气气密管线134b；以及一体连接在氢气气密管线134a和空气气密管线134b之间，并且沿隔板100的竖直宽度方向在冷却剂歧管114和阳极反应表面122之间延伸的反应表面侧冷却剂气密管线134c。

此外，冷却表面侧气密管线135可包括：冷却表面侧氢气气密管线135a，其沿着隔板100的竖直宽度方向一体延伸在氢气歧管112和阳极冷却表面124之间；以及冷却表面侧空气气密管线135b，其沿隔板100的竖直宽度方向一体延伸在空气歧管116和阳极冷却表面124之间。反应表面侧气密管线134可以与从气密管线134延伸到阳极反应表面122的多个密封垫支撑部138一体地形成，并且冷却表面侧气密管线135可与从气密管线135延伸到歧管110的多个密封垫支撑部139一体地形成。

冷却表面侧气密管线135可形成有沿隔板100的横向宽度方向，从空气气密管线135b延伸到空气歧管116的多个密封垫支撑部139a；可形成有沿隔板100的横向宽度方向，从氢气气密管线135a延伸到氢气歧管112的多个密封垫支撑部139b；并且可形成有沿隔板100的横向宽度方向，在阳极冷却表面124和冷却剂歧管114之间延伸的多个冷却剂引导管线139c。

多个氢气孔126可沿竖直宽度方向布置在氢气气密管线135a和氢气歧管112之间，并且每个氢气孔126可布置在密封垫支撑部139b之间。每个冷却剂引导管线139c可以是密封垫支撑部，并且可与阳极反应表面122的冷却剂气密管线134c一体地形成，以便布置在阳极冷却表面124上。

此外，空气副气密管线142可形成在与冷却表面侧空气气密管线135b相对应的阳极反应表面122的预定区域内，以提高阳极冷却表面侧气密管线135的接触压力。空气副气密管线142可以与空气气密管线134b一体形成在，与阳极冷却表面侧气密管线135相对应的阳极反应表面122的预定区域中(例如，在无孔区域中)未形成气体孔126的区域中。空气副气密管线142可延伸到空气气密管线134b的内部(即，从空气歧管116延伸到阳极反应表面122)，并且可形成在空气气密管线134b和阳极反应表面122之间。

例如，如图2所示，在空气副气密管线142中，形成在空气歧管116和阳极反应表面122之间的密封垫支撑部138a的顶端可连接成一体，并且可沿隔板100的竖直宽度方向线性地延伸。在另一个实施例中，如图4所示，空气副气密管线142-1可以沿隔板100的竖直宽度方向以预定间隔，从空气歧管116延伸到阳极反应表面122；并且可通过侧管线132和形成在空气气密管线134b的顶端处的密封垫支撑部138a连接到空气气密管线134b。特别地，沿着隔板100的竖直宽度方向在空气气密管线134b和空气副气密管线142-1之间可线性形成一个空间部(例如，未施加密封垫材料的空白区域(vacant region))143。

在又一个实施例中，如图5所示，空气副气密管线142-2可延伸到隔板100的内部(即，从空气歧管116延伸到阳极反应表面122)，以便与空气气密管线134b一体地形成，并且沿隔板100的竖直宽度方向延伸。特别地，在空气气密管线134b与空气副气密管线142-2之间可不形成空间部(例如，未施加密封垫材料的空白区域)。此外，空气副气密管线142可以以各种方式改变，并且不局限于图2至图5中所示的形式。

参照图3，空气副气密管线142的宽度(W2)可等于或大于形成于空气歧管116和阳极反应表面122之间的阳极反应表面侧空气气密管线134b的宽度(W1)的一半，并且可以等于或小于阳极反应表面侧空气气密管线134b的宽度(W1)的两倍，但是本发明不局限于此。当空气副气密管线142的宽度(W2)小于阳极反应表面侧空气气密管线134b的宽度(W1)的一半时，密封垫的注射成型能力会劣化。当空气副气密管线142的宽度(W2)超出阳极反应表面侧空气气密管线134b的宽度(W1)的两倍时，会发生空间限制。

此外，在阳极反应表面侧空气气密管线134b与阳极反应表面侧空气副气密管线142之间的密封垫支撑部138a之间的区域(R1)中的密封垫的厚度，可等于或大于除上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度的一半，并且可等于或小于除了上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度，但本发明不限于此。当密封垫支撑部138a之间的区域(R1)中的密封垫的厚度小于除了上述区域(R1)之外区域中的密封垫厚度的一半时，密封垫的注射成型能力会劣化。当密封垫支撑部138a之间的区域(R1)中的密封垫的厚度超出除上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度时，密封垫的接触压力可以是不平衡的。特别地，密封垫的厚度是指沿着密封垫130堆叠在隔板100上的方向的厚度。

此外，下面描述密封垫，即设置在阴极隔板200中的阴极密封垫230。参照图2，根据本发明示例性实施例的设置在燃料电池隔板中的阴极密封垫230可包括：形成在隔板200的阴极反应表面和冷却表面222和224上的侧管线232和气密管线234和235，以及形成在阴极冷却表面224上的冷却剂引导管线239c。

侧管线232可沿隔板200的整个边缘一体地形成在其两个表面上，以阻断反应气体或冷却剂流出到外部(例如，排出)。气密管线234和235可包括：反应表面侧气密管线234，其沿隔板200的竖直宽度方向在隔板200的阴极反应表面222和歧管210之间一体地延伸；以及冷却表面侧气密管线235，其沿隔板200的竖直宽度方向在隔板200的阴极冷却表面224和歧管210之间延伸。反应表面侧气密管线234和冷却表面侧气密管线235中的每一个的两端可一体连接到侧管线232。

特别地，反应表面侧气密管线234可包括：阴极反应表面侧氢气气密管线234a，其沿隔板200的竖直宽度方向一体地延伸在氢气歧管212与阴极反应表面222之间；阴极反应表面侧空气气密管线234b，沿隔板200的竖直宽度方向一体地延伸在空气歧管216与阴极反应表面222之间；以及阴极反应表面侧冷却剂气密管线234c，一体连接在氢气气密管线234a与空气气密管线234b之间，并且可沿隔板200的竖直宽度方向延伸在冷却剂歧管214与阴极反应表面222之间。

此外，冷却表面侧气密管线235可包括：阴极冷却表面侧氢气气密管线235a，其沿隔板200的竖直宽度方向一体地延伸在氢气歧管212与阴极冷却表面224之间；以及阴极冷却表面侧空气气密管线235b，其沿隔板200的竖直宽度方向一体地延伸在空气歧管216与阴极冷却表面224之间。反应表面侧气密管线234可以与从气密管线234延伸到阴极反应表面222的多个密封垫支撑部238一体地形成，并且冷却表面侧气密管线235可以与从气密管线235延伸到歧管210的多个密封垫支撑部239一体地形成。

特别地，冷却表面侧气密管线235可形成有沿隔板200的横向宽度方向从空气气密管线235b延伸到空气歧管216的多个密封垫支撑部239a，可形成有沿隔板200的横向宽度方向从氢气气密管线235a延伸到氢气歧管212的多个密封垫支撑部239b，并且可形成有沿隔板200的横向宽度方向在阴极冷却表面224和冷却剂歧管214之间延伸的多个冷却剂引导管线239c。

多个空气孔226可沿竖直宽度方向布置在空气气密管线234a与空气歧管216之间，并且每个空气孔226可布置在密封垫支撑部238a之间。另外，每个冷却剂引导管线239c可以是密封垫支撑部，该密封垫支撑部与阴极反应表面222的冷却剂气密管线234c一体地形成，以布置在阴极冷却表面224上。

此外，氢气副气密管线242可形成在与阴极冷却表面侧氢气气密管线235b相对应的阴极反应表面222的预定区域中，以改善阴极冷却表面侧气密管线235的接触压力。氢气副气密管线242可与氢气气密管线234a一体形成在与阴极冷却表面侧气密管线235相对应的阴极反应表面222的预定区域中未形成空气孔226的区域中。氢气副气密管线242可延伸到氢气气密管线234a的内部(即，从氢气歧管212延伸到阴极反应表面222)，并且可形成在氢气气密管线234a与阴极反应表面222之间。

例如，如图2所示，在氢气副气密管线242中，形成在氢气歧管212和阴极反应表面222之间的密封垫支撑部238a的顶端，可沿隔板200的竖直宽度方向一体且线性地延伸。在另一个实施例中，如图4所示，氢气副气密管线242-1可以沿隔板200的竖直宽度方向以预定间隔从氢气歧管212延伸到阴极反应表面222，并且可通过侧管线232以及形成在氢气气密管线234a的顶端处的密封垫支撑部238a连接到氢气气密管线234a。特别地，在氢气气密管线234a与氢气副气密管线242-1之间，沿隔板200的竖直宽度方向，可线性形成有一个空间部(例如，未施加密封垫材料的空白区域)234。

在又一个实施例中，如图5所示，氢气副气密管线242-2可延伸到隔板200的内部(即，从氢气歧管212延伸到阴极反应表面222)，以便与氢气气密管线234a一体地形成，并且沿隔板200的竖直宽度方向延伸。特别地，在氢气气密管线234a与氢气副气密管线242-2之间可以不形成空间部(例如，不施加密封垫材料的空白区域)。此外，氢气副气密管线242可以以各种方式进行改变，并且不局限于图2至图5中所示的形式。

氢气副气密管线242的宽度(W2)，可以等于或大于氢气歧管212与阴极反应表面222之间形成的阴极反应表面侧氢气气密管线234a的宽度(W1)的一半，并且等于或小于阴极反应表面侧氢气气密管线234a的宽度(W1)的两倍，但本发明并不限于此。当氢气副气密管线242的宽度(W2)小于阴极反应表面侧氢气气密管线234a的宽度(W1)的一半时，密封垫的注射成型能力会劣化。当氢气副气密管线242的宽度(W2)超出阴极反应表面侧氢气气密管线234a的宽度(W1)的两倍时，会产生空间限制。

此外，在阴极反应表面侧氢气气密管线234a和阴极反应表面侧氢气副气密管线242之间的密封垫支撑部238a之间的区域(R1)中的密封垫的厚度，可等于或大于除了上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度的一半，并且等于或小于除了上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度，但本发明并不限于此。当密封垫支撑部之间的区域(R1)中的密封垫的厚度小于除上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度的一半时，密封垫的注射成型能力会劣化。当密封垫支撑部之间的区域(R1)中的密封垫的厚度超出除上述区域(R1)之外的区域中的密封垫的厚度时，密封垫的接触压力可能是不平衡的。

特别地，为了检查根据本发明的具有密封垫的燃料电池隔板的密封垫接触压力的改良情况，在制造出图2所示的隔板(具有带副气密管线的密封垫)和图1所示的隔板(具有不带副气密管线的密封垫)的样品之后，可分析每个密封垫的冷却表面侧气密管线的接触压力分布。因此，如图6所示，根据本发明的具有带副气密管线的密封垫的隔板的接触压力，高于根据现有技术所述的具有不带副气密管线的密封垫的隔板的接触压力。

通过上面的描述，显而易见，根据本发明的具有改良密封的密封垫的燃料电池隔板，可以改善密封垫支撑部之间的气密管线的接触压力的劣化。此外，可以防止因气密管线的接触压力劣化的部分中的冷却剂泄漏，而将冷却剂引入到空气歧管或氢气歧管中。

尽管已经参考本发明的示例性实施例，对本发明进行描述，然而，应当理解的是，本发明并不限于所公开的示例性实施例，相反地，本发明旨在涵盖包含在附属权利要求的精神和范围之内的各种修改和等同配置。