CN102195051A - Pem燃料电池堆氢分配插入件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及PEM燃料电池堆氢分配插入件，具体地，流体分配插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内。流体分配插入件包括具有第一端和第二端的中空插入件。进口形成在中空插入件的第一端处，其与反应气体源流体连通并适于在其中接收反应气体。出口形成在第一端和第二端中间处。出口适于将反应气体输送至燃料电池组件的多个燃料电池，其中，中空插入件以基本上恒压和均匀的方式将反应气体输送至燃料电池。

Description

PEM燃料电池堆氢分配插入件

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆，并更特别地涉及包括置于其进口集管中的插入件的燃料电池堆，其促进了流体到燃料电池堆的燃料电池的基本上同步和均匀的流动。

背景技术

燃料电池能量系统将燃料和氧化剂（反应剂）转换成电能。其中一种燃料电池能量系统使用质子交换膜（PEM）催化地促进这种燃料（例如氢）和氧化剂（例如空气或氧气）的反应从而产生电能。水是电化学反应中的副产物。所述PEM是一种固体聚合物电解质，其可以促进燃料电池堆的每一个单独的燃料电池中的质子从阳极向阴极的转移，这种燃料电池堆一般配备在燃料电池能量系统中。

在典型的燃料电池组件中，各个单独的燃料电池包括带有通道的燃料电池板，不同的反应剂和冷却流体流过所述通道。各燃料电池板可以例如是单极性的。双极性板可以通过组合多个单极性板而形成。氧化剂通过阴极进口集管被提供至阴极，而燃料通过阳极进口集管被提供至阳极。水副产物从多个通道向出口集管的运动通常由通过燃料电池组件的反应剂的流动所导致。边界层的剪力和反应剂的压力辅助运送水通过这些通道，直到水通过出口集管从燃料电池中流出。

一种膜-电极-组件（MEA）被设置在相继的板之间以促进电化学反应。所述MEA包括阳极、阴极以及位于两者之间的电解质膜。多孔扩散介质（DM）位于MEA的两侧来促进用于电化学燃料电池反应的反应剂的传送。

当在燃料电池堆中启动电化学燃料电池反应时，基本上同时通常需要提供氢燃料，以这种方式导致单个燃料电池在其活化区域中接收氢。然而，进口集管典型地填充氢，以这种方式导致靠近进口集管的氢进口的燃料电池为接收氢的第一燃料电池并且离进口集管的氢进口最远的燃料电池为接收氢的最后燃料电池。

当氢流入燃料电池板的活化区域时，可测量局部电压升高。当电负载施加到燃料电池堆时，电压升高产生电流，其通过燃料电池堆的其余燃料电池板驱动。

不具有支持电流的足够氢量的燃料电池堆的燃料电池可经历局部反向电流，由此导致电极碳腐蚀。直到例如所有燃料电池被供给氢的电化学燃料电池反应的延迟开始通常导致通过燃料电池堆的排气集管的不希望的氢排放。

已经采用各种技术来在燃料电池堆的电化学燃料电池反应启动时向燃料电池的每个同步提供氢。一种此类技术包括提供进口集管放气阀，例如在美国专利申请公开No.2005/0129999中公开。放气阀使进口集管就在开始电化学燃料电池反应之前能够充溢氢。放气阀增加了燃料电池系统的成本并向燃料电池系统引入了额外的运动部件。替代技术已经采用了多个流体通道以形成外部集管，其向燃料电池堆的进口集管内的分布位置供给氢。美国专利No.6,924,056和美国专利申请公开No.2005/0118487和2006/0280995大体上示出了这种技术。外部集管可难以密封燃料电池堆，并增加了燃料电池堆的成本和总体尺寸。

将希望的是产生有成本效益的燃料电池堆的进口集管插入件，其促进了在电化学燃料电池反应开始时向燃料电池堆中的每个燃料电池氢燃料的基本上同步输送。

发明内容

与本发明兼容且协调地，已经令人惊讶地发现了用于燃料电池堆的有成本效益的进口集管插入件促进了在电化学燃料电池反应开始时在燃料电池堆中向每个燃料电池的氢燃料的基本上同步输送。

在一个实施例中，用于燃料电池组件的流体分配插入件包括：具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收流体；以及形成在所述第一端和所述第二端中间处的出口，所述出口适于将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述中空插入件以基本上恒压将所述流体输送至所述燃料电池。

在另一个实施例中，用于燃料电池组件的流体分配插入件包括：具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收流体；至少一个壁部段，其从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在其上形成流道；以及形成在所述流道内的所述中空插入件中的出口，所述出口适于提供所述中空插入件的内部和所述流道之间的流体连通，其中所述流道以基本上恒压将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池。

燃料电池组件包括：第一端板和间隔开的第二端板；置于所述第一端板和所述第二端板之间的多个燃料电池；进口集管，其与所述燃料电池流体连通用于将反应气体供给到所述燃料电池；具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收所述反应气体；至少一个壁部段，其从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在其上形成流道；以及形成在所述流道内的所述中空插入件中的出口，所述出口适于提供所述中空插入件的内部和所述流道之间的流体连通，其中所述流道沿其长度以基本上恒压将所述反应气体输送至所述燃料电池组件的进口集管。

本发明还提供了以下方案：

1. 一种用于燃料电池组件的流体分配插入件，包括：

具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；

形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收流体；以及

形成在所述第一端和所述第二端中间处的出口，所述出口适于将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述中空插入件以基本上恒压将所述流体输送至所述燃料电池。

2. 如方案1所述的流体分配插入件，其特征在于，至少一个壁部段从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在所述中空插入件的外表面上形成流道。

3. 如方案2所述的流体分配插入件，其特征在于，所述中空插入件包括沿其长度的多个部段，所述部段的每个包括通过其中的流程，并且其中多个所述出口形成在所述中空插入件中，所述部段的每个包括一个所述出口。

4. 如方案3所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括隔间，所述隔间形成在所述部段的至少一个中的所述中空插入件的内部，其中所述隔间减小了通过所述多个部段的至少一个的所述流程的体积。

5. 如方案3所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括流体通道，所述流体通道形成在所述部段的每个中的所述中空插入件的内部，所述流体通道提供通过所述部段的至少一个的所述流程和所述出口之间的流体连通，其中所述流体通道的长度在远离所述中空插入件的第一端运动的每个连续部段中被缩短。

6. 如方案2所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括外管，所述外管围绕所述中空插入件的至少一部分，所述外管包括形成在其中的多个孔径，其中所述中空插入件的至少一个壁部段邻接所述外管的内表面，从而维持与所述中空插入件的外表面间隔开的所述外管的内表面。

7. 如方案2所述的流体分配插入件，其特征在于，所述流道的至少一部分逐渐变细从而引起其中的流体流动体积沿其长度变化。

8. 如方案2所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括挡板，所述挡板形成在与所述出口间隔开并对齐的所述流道中。

9. 一种用于燃料电池组件的流体分配插入件，包括：

具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；

形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收流体；

至少一个壁部段，其从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在其上形成流道；以及

形成在所述流道内的所述中空插入件中的出口，所述出口适于提供所述中空插入件的内部和所述流道之间的流体连通，其中所述流道以基本上恒压将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池。

10. 如方案9所述的流体分配插入件，其特征在于，所述中空插入件包括沿其长度的多个部段，所述部段的每个包括通过其中的流程，并且其中多个所述出口形成在所述中空插入件中，所述部段的每个包括一个所述出口。

11. 如方案10所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括隔间，所述隔间形成在所述部段的至少一个中的所述中空插入件的内部，其中所述隔间减小了通过所述多个部段的至少一个的所述流程的体积。

12. 如方案10所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括流体通道，所述流体通道形成在所述部段的每个中的所述中空插入件的内部，所述流体通道提供通过所述部段的所述流程和所述出口之间的流体连通，其中所述流体通道的长度在远离所述中空插入件的第一端运动的每个连续部段中被缩短。

13. 如方案10所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括外管，所述外管围绕所述中空插入件的至少一部分，所述外管包括形成在其中的多个孔径，其中所述中空插入件的至少一个壁部段邻接所述外管的内表面，从而维持与所述中空插入件的外表面间隔开的所述外管的内表面。

14. 如方案9所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括挡板，所述挡板形成在与所述出口间隔开并对齐的所述流道中，并且其中所述流道的至少一部分逐渐变细从而引起其中的流体流动体积沿其长度变化。

15. 一种燃料电池组件，包括：

第一端板和间隔开的第二端板；

置于所述第一端板和所述第二端板之间的多个燃料电池；

进口集管，其与所述燃料电池流体连通用于将反应气体供给到所述燃料电池；

具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；

形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收所述反应气体；

至少一个壁部段，其从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在其上形成流道；以及

形成在所述流道内的所述中空插入件中的出口，所述出口适于提供所述中空插入件的内部和所述流道之间的流体连通，其中所述流道沿其长度以基本上恒压将所述反应气体输送至所述燃料电池组件的进口集管。

16. 如方案15所述的燃料电池组件，其特征在于，所述中空插入件包括沿其长度的多个部段，所述部段的每个包括通过其中的流程，并且其中多个所述出口形成在所述中空插入件中，所述部段的每个包括一个所述出口。

17. 如方案16所述的燃料电池组件，其特征在于，还包括隔间，所述隔间形成在所述部段的至少一个中的所述中空插入件的内部，其中所述隔间减小了通过所述多个部段的至少一个的所述流程的体积。

18. 如方案16所述的燃料电池组件，其特征在于，还包括流体通道，所述流体通道形成在所述部段的每个中的所述中空插入件的内部，所述流体通道提供通过所述部段的至少一个的所述流程和所述出口之间的流体连通，其中所述流体通道的长度在远离所述中空插入件的第一端运动的每个连续部段中被缩短。

19. 如方案15所述的燃料电池组件，其特征在于，还包括外管，所述外管围绕所述中空插入件的至少一部分，所述外管包括形成在其中的多个孔径，其中所述中空插入件的至少一个壁部段邻接所述外管的内表面，从而维持与所述中空插入件的外表面间隔开的所述外管的内表面。

20. 如方案15所述的燃料电池组件，其特征在于，还包括挡板，所述挡板形成在与所述出口间隔开并对齐的所述流道中，并且其中所述流道的至少一部分逐渐变细从而引起其中的流体流动体积沿其长度变化。

附图说明

以上所述的内容以及本发明的其他优点，通过接下来的详细说明、特别是结合之后的附图进行考虑，对于本领域的技术人员来说将会是显而易见的。

图1是根据本发明实施例的燃料电池堆的局部透视图，示出了置于燃料电池的进口集管内的配插入件；

图2是图1所示的燃料电池堆端板移除的顶部平面图；

图3是图1所示的分配插入件的放大前部透视图；

图4是沿图3的线4-4剖开的图1所示的分配插入件的放大剖视前部透视图；

图5是图1所示的分配插入件的放大分解底部后透视图；

图6是根据本发明的另一实施例的分配插入件的前部透视图；

图7是沿图6的线7-7剖开的图6所示的分配插入件的剖视侧部立式图；

图8是图6所示的分配插入件的放大端部立式图；

图9是根据本发明的另一实施例的分配插入件的前部透视图；

图10是图9所示的分配插入件的分解前部透视图；

图11是图9所示的分配插入件的侧部立式图；

图12是沿图11的线12-12剖开的图9所示的分配插入件的剖视前部立式图；

图13是沿图11的线13-13剖开的图9所示的分配插入件的剖视平面图；

图14是沿图11的线14-14剖开的图9所示的分配插入件的剖视平面图；以及

图15是沿图11的线15-15剖开的图9所示的分配插入件的剖视平面图。

具体实施方式

接下来的说明其实质仅仅是示范性的，并不对本发明及其应用或者使用进行限制。应该理解的是在整个附图中，相应的参考标号指代相似的或者相应的部分和特征。

图1-2示出了根据本发明实施例的燃料电池组件10。燃料电池组件10包括位于端板14，16之间的多个堆叠的燃料电池12。每一个燃料电池12包括进口开口18和出口开口20。燃料电池12与每个燃料电池12的进口开口18和出口开口20堆叠，其中每个燃料电池12的进口开口18和出口开口20分别与相邻燃料电池12的进口开口18和出口开口20大致对齐。每一个燃料电池12的进口开口18共同地构成进口集管22，每一个燃料电池12的出口开口20共同地构成出口集管24。举例说明，进口集管22适于向燃料电池12的多个进口通道23提供来自于燃料源（未示出）的诸如燃料（例如氢）的反应剂流，或者提供来自于氧化剂源（未示出）的氧化剂（例如空气或氧气）。在所示实施例中，进口集管22是阳极进口集管，其提供到燃料电池12的燃料流。

端板14包括在其中形成且与所述进口集管22流体连通的进口26，以及在端板14中形成且与所述出口集管24流体连通的出口28。进口26和出口28基本上与相应的进口集管22和出口集管24对齐。端板16可包括通过其中形成的且与进口集管22流体连通的流体通道。应理解的是，压力释放阀、放气阀等例如能够在流体通道中提供以选择性地允许流体流过其中。

流体分配插入件32（更清楚地在图3-5中示出）置于进口集管22内。如所示，分配插入件32从端板14的进口26延伸到端板16。分配插入件32为具有内管34和外管36的大致中空细长的插入件。内管34包括第一端38和第二端40，其中第一端38置于端板14的进口26附近，第二端40置于端板16附近。供给导管42提供从燃料源到内管34的第一端38处的进口的流体连通。内管34适于提供从供给导管42通过分配插入件32内部的流体流程。

联接构件44形成在内管34的第一端38，适于促进将内管34联接到供给导管42。第一密封构件46（如O形环）例如能够被提供以促进在第一联接构件44和供给导管42之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他联接构件（如螺纹联接，卡扣联接，等）例如能够被提供以促进将内管34联接到供给导管42。

内管34被沿其纵向轴线分成多个部段。在所示实施例中，内管34被分成四个部段。应理解的是，内管34可被分成更少或更多个部段。第一部段50从第一端38延伸到第一端38和第二端40中间的点。唇部52从内管34的外表面横向向外延伸并限定第一部段50的端部。在所示实施例中，第一部段50的长度大约是内管34长度的一半。应理解的是，能够提供其他长度的第一部段50。壁部段54、56形成在内管34的外表面上。壁部段54、56从基本上平行于内管34的纵向轴线的唇部52的相对端部朝向其第一端38延伸。在所示实施例中，壁部段54、56的长度大约是第一部段50长度的一半。应理解的是，壁部段54、56能够采用其他长度。唇部52和壁部段54、56在内管34的外表面上形成流道57。出口58邻近第一端38和唇部52之间的唇部52在内管34中形成。第二部段60和第三部段62被提供，其具有与第一部段50基本上相同的结构。第二部段60和第三部段62中重复的相同结构分别包括相同的附图标记和一个上撇号（’）符号和两个上撇号（’’）符号。相应的部段60、62的长度被连续唇部52、52’、52’’之间的距离限定。第二部段60的长度短于第一部段50长度，第三部段62的长度短于第二部段60的长度。在所示实施例中，第二部段60的长度大约是从唇部52到第二端40长度的一半，第三部段62的长度大约是从唇部52’到第二端40长度的一半。应理解的是，能够提供第二部段60和第三部段62的其他长度。第四部段64（或者，内管34的最后部段）从限定第三部段62端部的唇部52’’延伸到内管34的第二端40。出口66在大约第四部段64的中点处形成在内管34中，其中出口66基本上与出口58、58’、58’’纵向对齐。

内管34的内部在图4中示出。内管34的内部包括壁68，其在内管34内形成隔间69。隔间69形成以沿内管34的纵向轴线减小流程的截面积，其中流程的截面积在内管34的第一部段50处最大并在内管34的第四部段64处最小。

分配插入件32的内管34可例如通过注模成型塑性材料而形成为单体件。应理解的是，内管34能够采用其他工艺和材料形成。还应理解的是，内管34可形成为分立件，其联接在一起以形成内管34。例如，每个部段50、60、62、64可单独地形成，然后例如采用粘结剂、焊接和卡扣基本上纵向对齐地联接在一起。另外地，分配插入件32的内管34可由适于收集燃料中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集反应剂中携带的水的任何其他合适材料。

外管36包括第一部段71和第二部段73，其结合在一起以围绕内管34的至少一部分。外管36包括开口端70和封闭端72，其中第二端40of内管34邻近外管36的封闭端72。外管36的第一部段71包括在其中形成的多个孔径74。外管36关于内管34定向以将孔径74放置在具有唇部52、52’、52’’和出口58、58’、58’’、66的内管34的相对侧。从外管36的内表面横向向外延伸的唇部76邻近其开口端70形成，其中唇部76适于邻接内管34的外表面以在其之间形成基本上流密密封。应理解的是，密封构件（未示出）能够置于唇部76和内管34的外表面之间以促进形成基本上流密密封。应理解的是，从内管34的外表面向外延伸的唇部能够邻近其第一端38形成，其中唇部适于邻接外管36的表面以在其之间形成基本上流密密封。唇部72与唇部52、52’、52’’和壁部段54、54’、54’’、56、56’、56’’一起协作以将外管36的内表面与内管34的外表面间隔开放置，其中流体能够从内管34内的流程流经出口58、58’、58’’、66和流道57、57’、57’’，通过内管34的外表面周围到达内管34前面，并且流经外管36的孔径74。应理解的是外管36能够从分配插入件32除去，其中唇部52、52’、52’’和壁部段54、54’、54’’、56、56’、56’’协作以将内管34的外表面与进口集管22的内表面间隔开放置，并且流体在内管34的外表面和进口集管22的内表面之间流动。

分配插入件32的外管36可例如通过注模成型塑性材料而形成，其中第一构件71和第二构件73单独地形成，然后例如采用粘结剂、焊接和卡扣联接在一起以围绕内管34的至少一部分。应理解的是，内管34能够采用其他工艺和材料形成。还应理解的是，外管能够形成为单个结构。另外地，分配插入件32的外管36可由适于收集燃料中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集反应剂中携带的水的任何其他合适材料。

应理解的是，分配插入件32的截面形状能够例如基本上为圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、或曲线形和基本上平面表面的组合，其中分配插入件32的截面形状适于被接收在燃料电池组件10的进口集管22内。

在使用中，分配插入件32插入进口集管22内以将外管34的封闭端72邻近端板16放置。应理解的是，端板16或外管34能够包括适于将分配插入件32联接到端板16的构件。使联接构件44密封接合供给导管42以通过供给导管42从源提供燃料流并进入分配插入件32的内管34。联接构件44促进将分配插入件32固定在进口集管22内。分配插入件32关于进口集管22定向以放置孔径74，所述孔径74形成在邻近燃料电池12的进口通道23的外管36的第一部段71中。此外，分配插入件32关于进口集管22定向，其中在内管34中形成的出口58、58’、58’’、66面对进口集管22的内表面，其基本上相对于燃料电池12的进口通道23。

燃料流入内管34并流经内管34，其中燃料的一部分流经出口58、58’、58’’，所述出口58、58’、58’’形成在相应的部段50、60、62的每个中。燃料被接收在内管34的外表面和外管36的内表面之间的流道57、57’、57’’中。部段50、60、62的每个的流道57、57’、57’’朝向内管34的第一端38相应的部段50、60、62的大约中点引导燃料。当燃料流过壁部段54、54’、54’’、56、56’、56’’的端部时，燃料在内管34的外表面周围朝向分配插入件32前面和外管36的第一部段71中形成的孔径74流动。燃料的一部分还流经第四部段64的内管34中形成的出口66。燃料流经出口66并绕过内管34的外表面朝向分配插入件32的前面和外管36的第一部段71中形成的孔径74。燃料流经孔径74进入邻近燃料电池12的进口通道23的进口集管22。

当燃料流经第一部段50中的出口58时，形成在内管34中流程内的燃料体积被减小。燃料的减小的体积一般导致静态流体压力增加和燃料流经内管34的其余部段60、62、64的速度减小。然而，内管34的内部中的隔间69导致流程体积在后面部段60、62、64的每个中减小。当燃料体积由于燃料流经58、58’、58’’而减小时，在每个后面部段60、62、64中减小的流程体积促进在内管34的整个长度上维持选择的流体压力和燃料速度。此外，将燃料引入邻近部段50、60、62、64每个的中点的分配插入件32的前面使从供给导管42到燃料离开分配插入件32的点的长度与从供给导管42到燃料被引入邻近燃料电池12的进口通道23的进口集管22的点的长度之间的差最小化。

通过沿内管34的整个长度维持选择的流体压力和燃料速度，并通过在沿其长度的四个位置将燃料引入进口集管22，将燃料引入燃料电池12之间的时间差最小化。此外，通过最小化将燃料引入燃料电池12之间的时间差，燃料电池12中的局部反向电流和相关联的电极碳腐蚀被最小化，并且通过排气集管的不希望的氢排放被最小化。

图6-7示出了燃料电池组件10的分配插入件的替代实施例。在所示实施例中，分配插入件100为具有第一端102和第二端104的大致中空细长的插入件。分配插入件100置于燃料电池组件10的进口集管22内，其中第一端102置于端板14的进口26附近，第二端104置于端板16附近。供给导管42提供从燃料源到分配插入件100的第一端102处的进口的流体连通。分配插入件100适于提供从供给导管42经过分配插入件100并在沿进口集管22长度的大约中点处进入进口集管22。

第一联接构件108形成在分配插入件100的第一端102附近，适于促进将分配插入件100联接到供给导管42。第一密封构件112（如O形环）例如能够被提供以促进在第一联接构件108和供给导管42之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第一联接构件（如螺纹联接，卡扣联接，等）例如能够被提供以促进将分配插入件100联接到供给导管42。第二联接构件110形成在分配插入件100的第二端104附近，适于促进将分配插入件100联接到端板16。第二密封构件114（如O形环）例如能够被提供以促进在第二联接构件110和端板16之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第二联接构件（如螺纹联接，卡扣联接，等）例如能够被提供以促进将分配插入件100联接到端板16。

壁116形成在分配插入件100的外表面上。壁116平行于分配插入件100的纵向轴线延伸并形成流体流道118，所述流体流道118从相邻第一端102延伸到分配插入件100的第二端104。出口120形成在分配插入件100中以提供流程106和流体流道118之间的流体连通，其中出口120放置在沿流道118长度的大约中点。流体流道118大致逐渐变细，其中壁116的高度在邻近出口120处最大并在邻近流体流道118的端部处最小。流体流道118的锥形提供了在从出口120朝向分配插入件100的相应端部102、104方向的运动的流道118的截面积中大体上减小。如在所示实施例中所示，例如，流体流道118的部分可不是逐渐变细，该部分例如邻近出口120的部分和邻近流道118端部的部分。挡板122形成在分配插入件100上，所述分配插入件100跨流道118延伸，所述流道118邻近壁116的上边缘并与出口120隔开。沿挡板122的长度的中点基本上与沿出口120的长度的中点垂直对齐。

分配插入件100可例如通过注模成型塑性材料而形成为单体件。应理解的是，分配插入件100可形成为分立件，其例如采用粘结剂、焊接和卡扣联接在一起。另外地，分配插入件100可由适于收集燃料中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集反应剂中携带的水的任何其他合适材料。

应理解的是，分配插入件100的截面形状能够例如基本上为圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、或曲线形和基本上平面表面的组合，其中分配插入件100的截面形状适于被接收在燃料电池组件10的进口集管22内。

在使用中，分配插入件100插入进口集管22内以使第二联接构件110接合端板16。使第一联接构件108密封接合供给导管42以通过供给导管42从源提供燃料流并进入分配插入件100。第一联接构件108和第二联接构件110促进将分配插入件100固定在进口集管22内。壁116的边缘邻接进口集管22的内部表面以促进将流道118的底部表面和挡板122关于进口集管22的内部表面放置成间隔开的关系。分配插入件100关于进口集管22定向以邻近燃料电池12的进口通道23放置壁116和流道118。

燃料流入分配插入件100的流程106并流经分配插入件100的流程106。燃料流经出口120并被接收在流道118内。挡板122使燃料的一部分朝向分配插入件100的第一端102流经流道118并且燃料的另一部分朝向分配插入件100的第二端104流经流道118。当燃料朝向分配插入件100的相应端部102、104流经流道118时，燃料被燃料电池12的进口通道23接收。当燃料流经流道118时，燃料的一部分在挡板122端部的周围流动并接收在挡板122和进口集管22的内部表面之间，进口集管22的内部表面邻近燃料电池12的进口通道23，燃料电池12的进口通道23置于燃料电池组件10的中心部分。

当燃料流经流道118且燃料被燃料电池12的进口通道23接收时，流道118中的燃料体积减小。燃料减小的体积将一般导致静态流体压力增加和燃料朝向分配插入件100的端部102、104流动时燃料速度的减小。然而，当燃料体积由于燃料流入燃料电池12的进口通道23而减小时，远离出口120运动的流体流道118的截面积的减小促进在流道118的整个长度上维持选择的流体压力和燃料速度。此外，将燃料引入邻近其中点的进口集管22和使燃料的一部分流过挡板122，使从出口120到燃料电池12的进口通道23的流体流程的长度之间的差最小化。

通过沿分配插入件100的流道118的整个长度维持选择的流体压力和燃料速度，并通过在大约其中点将燃料引入进口集管22，将燃料引入燃料电池12之间的时间差最小化。此外，通过最小化将燃料引入燃料电池12之间的时间差，燃料电池12中的局部反向电流和相关联的电极碳腐蚀被最小化，并且通过排气集管的不希望的氢排放被最小化。

图8-15示出了燃料电池组件10的分配插入件的替代实施例。在所示实施例中，分配插入件200为具有第一端202和第二端204的大致中空细长的插入件。分配插入件200置于燃料电池组件10的进口集管22内，其中第一端202置于端板14的进口26附近，第二端204置于端板16附近。供给导管42提供从燃料源到分配插入件200的第一端202处的进口的流体连通。分配插入件200适于提供从供给导管42经过分配插入件200内部并进入进口集管22的流程206。

第一联接构件208形成在分配插入件200的第一端202附近，适于促进将分配插入件200联接到供给导管42。第一密封构件212（如O形环）例如能够被提供以促进在第一联接构件208和供给导管42之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第一联接构件（如螺纹联接，卡扣联接，等）例如能够被提供以促进将分配插入件200联接到供给导管42。第二联接构件210形成在分配插入件200的第二端204附近，适于促进将分配插入件200联接到端板16。第二密封构件214（如O形环）例如能够被提供以促进在第二联接构件210和端板16之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第二联接构件（如螺纹联接，卡扣联接，等）例如能够被提供以促进将分配插入件200联接到端板16。

分配插入件200被沿其纵向轴线分成多个分配器部段216。在所示实施例中，分配插入件200被分成十个分配器部段216。应理解的是，分配插入件200可被分成更少或更多个分配器部段216。壁218基本上平行于其纵向轴线从分配插入件200的边缘向外延伸，从而在分配插入件200的外表面上形成流道220。壁218适于邻接进口集管22的内部表面并维持进口集管22的内部表面和流道220的底部表面之间的间隙。出口222在邻近壁218的分配器部段216的每个中形成。出口222提供分配插入件200内部和流道220之间的流体连通。

分配器部段216的每个包括壁构件224，其从分配插入件200的内表面向外延伸，从而形成流体通道226，所述流体通道226提供从流程206到出口222的流体连通。应理解的是，壁构件224能够形成以提供到流体通道226的底部表面的斜坡，其中流体通道226的底部表面大致从流程206朝向开口222的升起。流体通道226的底部表面中的斜坡促进液态水的排水，所述液态水可通过重力在流体通道226中收集并对液态水流入进口集管22产生不利影响。另外地，分配器部段216的每个，除了邻近分配插入件200的第一端202的分配器部段216以外，包括隔间228。隔间228的体积在朝向分配插入件200的第二端204运动的后面分配器部段216中增加。隔间228减小了后面分配器部段216中的流程206的体积和流体通道226的长度。

分配插入件200可例如通过注模成型塑性材料而形成为单体件。应理解的是，分配器部段216可例如采用注模成型工艺形成为分立件，其中分配器部段216联接在一起以形成分配插入件200。分配器部段216的每个可单独地形成，然后例如采用粘结剂、焊接和卡扣基本上纵向对齐地联接在一起。另外地，分配插入件200可由适于收集燃料中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集反应剂中携带的水的任何其他合适材料。

应理解的是，分配插入件200的截面形状能够例如基本上为圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、或曲线形和基本上平面表面的组合，其中分配插入件200的截面形状适于被接收在燃料电池组件10的进口集管22内。

在使用中，分配插入件200插入进口集管22内以使第二联接构件210接合端板16。使第一联接构件208密封接合供给导管42以通过供给导管42从源提供燃料流并进入分配插入件200的进口。第一联接构件208和第二联接构件210促进将分配插入件200固定在进口集管22内。壁218的边缘邻接进口集管22的内部表面以促进将流道220的底部表面与进口集管22的内部表面放置成间隔开的关系。分配插入件200关于进口集管22定向以邻近燃料电池12的进口通道23放置流道220。

燃料流经流程206到分配插入件200的分配器部段216的每个。流经流程206的燃料的一部分流经分配器部段216的每个的流体通道226和出口222并接收在流道220内，其中燃料被邻近相应分配器部段216的燃料电池12的进口通道23接收。

当燃料朝向分配插入件200的第二端204流经流程206和燃料的一部分被分配器部段216引导到燃料电池12的进口通道23时，流程206中的燃料体积减小。燃料减小的体积将一般导致静态流体压力增加和燃料朝向分配插入件200的第二端204流动时燃料速度的减小。然而，第二分配器部段216从第一端202开始，隔间228在每个后面的分配器部段216减小流程206的体积。当燃料体积由于燃料流入燃料电池12的进口通道23而减小时，后面的分配器部段216中的流体流程206减小的体积促进在流程206的整个长度上维持选择的流体压力和燃料速度。此外，流体通道226的长度在每个后面的分配器部段216中减小以使在分配器部段216的每个中从供给导管到出口222的流体流程的长度之间的差最小化。

通过沿分配插入件200的流程206的整个长度维持选择的流体压力和燃料速度，并通过在分配器部段216的每个中使从供给导管42到出口222的流体流程的长度之间的差最小化，将燃料引入燃料电池12之间的时间差最小化。此外，通过最小化将燃料引入燃料电池12之间的时间差，燃料电池12中的局部反向电流和相关联的电极碳腐蚀被最小化，并且通过排气集管的不希望的氢排放被最小化。

尽管为了示出本发明的目的显示了特定典型实施例和细节，对于本领域技术人员明显的是在不脱离本发明范围的情况下进行各种改变，这在随后所附权利要求中进一步描述。

Claims (10)

1.一种用于燃料电池组件的流体分配插入件，包括：

具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；

形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收流体；以及

形成在所述第一端和所述第二端中间处的出口，所述出口适于将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述中空插入件以基本上恒压将所述流体输送至所述燃料电池。

2.如权利要求1所述的流体分配插入件，其特征在于，至少一个壁部段从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在所述中空插入件的外表面上形成流道。

3.如权利要求2所述的流体分配插入件，其特征在于，所述中空插入件包括沿其长度的多个部段，所述部段的每个包括通过其中的流程，并且其中多个所述出口形成在所述中空插入件中，所述部段的每个包括一个所述出口。

4.如权利要求3所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括隔间，所述隔间形成在所述部段的至少一个中的所述中空插入件的内部，其中所述隔间减小了通过所述多个部段的至少一个的所述流程的体积。

5.如权利要求3所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括流体通道，所述流体通道形成在所述部段的每个中的所述中空插入件的内部，所述流体通道提供通过所述部段的至少一个的所述流程和所述出口之间的流体连通，其中所述流体通道的长度在远离所述中空插入件的第一端运动的每个连续部段中被缩短。

6.如权利要求2所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括外管，所述外管围绕所述中空插入件的至少一部分，所述外管包括形成在其中的多个孔径，其中所述中空插入件的至少一个壁部段邻接所述外管的内表面，从而维持与所述中空插入件的外表面间隔开的所述外管的内表面。

7.如权利要求2所述的流体分配插入件，其特征在于，所述流道的至少一部分逐渐变细从而引起其中的流体流动体积沿其长度变化。

8.如权利要求2所述的流体分配插入件，其特征在于，还包括挡板，所述挡板形成在与所述出口间隔开并对齐的所述流道中。

9.一种用于燃料电池组件的流体分配插入件，包括：

具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；

形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收流体；

至少一个壁部段，其从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在其上形成流道；以及

形成在所述流道内的所述中空插入件中的出口，所述出口适于提供所述中空插入件的内部和所述流道之间的流体连通，其中所述流道以基本上恒压将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池。

10.一种燃料电池组件，包括：

第一端板和间隔开的第二端板；

置于所述第一端板和所述第二端板之间的多个燃料电池；

进口集管，其与所述燃料电池流体连通用于将反应气体供给到所述燃料电池；

具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件适于被接收在燃料电池组件的进口集管内；

形成在所述中空插入件的第一端处的进口，所述进口适于在其中接收所述反应气体；

至少一个壁部段，其从所述中空插入件的外表面向外延伸，从而在其上形成流道；以及

形成在所述流道内的所述中空插入件中的出口，所述出口适于提供所述中空插入件的内部和所述流道之间的流体连通，其中所述流道沿其长度以基本上恒压将所述反应气体输送至所述燃料电池组件的进口集管。

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