CN105006581A - 用于燃料电池的垫圈 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃料电池的垫圈，包括：多个突起，其连接到燃料电池的分隔板的表面并从气密管线沿着分隔板的长度方向突出，气密管线用于阻断沿多个歧管流动的材料之间的移动，其中多个突起中的每个突起包括具有设定宽度的凹槽。

Description

用于燃料电池的垫圈
技术领域
本发明涉及一种用于燃料电池的垫圈，更特别涉及这样一种用于燃料电池的垫圈，其能够通过增大垫圈的表面压力来改善气密性。
背景技术
燃料电池通常包括膜电极组件(MEA)，该膜电极组件包括催化剂层和分隔板，催化剂层促使氢和氧之间发生反应，分隔板布置在膜电极组件的两侧，并在将氢和氧供应到膜电极组件时促进排水。
分隔板的两侧通常具有多个歧管，使得氢、空气和冷却剂可以在分隔板在其上堆叠时流动。垫圈沿着歧管和分隔板的边缘设置以便将氢、空气和冷却剂密封在电池中。同样地，该垫圈用作引导，使得被引入的氢和空气可以分别移动到膜电极组件的氢催化剂层和空气催化剂层，并保持气密性，使得沿着各个歧管流动的材料不会移动到邻近的歧管。
关于此，在名称为“Separation Plate for Fuel Cell having Gasket forMaintaining Air Tightness and Method of Manufacturing the Same(具有保持气密性的垫圈的燃料电池用分隔板及其制造方法)”的常规技术中，提供一种具有保持气密性的垫圈的燃料电池用分隔板，其特征在于燃料电池用分隔板具有用于保持气密性的垫圈，并且该垫圈在分隔板的两个表面上注塑成型，并连续地连接到彼此，从而在形成一条闭合曲线或环状结构时彼此结合成一体，其中分隔板的第一分隔板的第一垫圈包括：在第一分隔板的内侧和外侧的表面上沿四个角整体注塑成型的侧管线；第1-1主管线，其穿过氢歧管内侧与氢通孔之间的区域，然后延伸到靠近冷却剂歧管内侧和空气歧管内侧的区域，该冷却剂歧管和空气歧管布置在第一分隔板外侧的表面上、在宽度方向上与氢歧管的线路相同的线路上；第1-2主管线，其在宽度方向上延伸到氢通孔与冷却剂通道之间的区域，以及靠近空气歧管内侧的区域，该空气歧管布置在第一分隔板内侧的表面上、沿宽度方向的相同线路上；以及多条第一冷却剂引导管线，其沿长度方向布置在冷却剂歧管和第一分隔板内侧表面上的冷却剂通道之间的区域中。
然而，尽管如上描述的现有技术，当分隔板堆叠时在引导管线之间的接触会引起负载集中。同样地，在主管线之间的接触面压力变弱。因此，沿着歧管流动的材料可能会彼此混合。而这对于最优化燃料电池性能是不理想的。
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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于燃料电池的垫圈，其能够通过在引导管线中形成凹槽而将在引导管线中产生的负载集中现象分散到引导管线和主管线的一部分，并增大主管线上的表面压力，来改善气密性。
根据本发明的示例性实施例，提供一种用于燃料电池的垫圈，包括：多个突起，其连接到燃料电池的分隔板的表面并从气密管线沿着分隔板的长度方向突出，气密管线用于阻断沿多个歧管流动的材料之间的移动。特别地，多个突起中的每个突起包括具有设定宽度的凹槽。
在本发明的示例性实施例中，气密管线可以布置在歧管与分隔板的通道部之间。从分隔板的表面到凹槽的底面的高度小于从与分隔板的表面相接触的气密管线的底面到气密管线的上表面的高度。此外，当通过堆叠分隔板而使气密管线处于压缩状态时，从分隔板的表面到凹槽的底面的高度小于从分隔板的表面到气密管线的上表面的高度。
此外，在某些示例性实施例中，突起可以具有连接到气密管线的一端，并且凹槽可以布置在突起的一个端部侧。与突起在长度方向上的两个侧部相对应的凹槽的两个侧部被开口。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈的气密管线的图示；
图2示出根据本发明的示例性实施例的突起和凹槽的截面图；
图3是作用在根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈上的表面压力分布与作用在根据现有技术的垫圈上的表面压力分布的比较图；以及
图4是根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈的气密性破裂压力与根据现有技术的垫圈的气密性破裂压力的比较图。
具体实施方式
在下文中，参考附图描述根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的垫圈。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈的气密管线100的视图。根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈包括多个突起110，该多个突起110连接到燃料电池的分隔板400的表面并从气密管线100沿着分隔板400的长度方向突出，该气密管线100阻断沿着多个歧管200流动的材料之间的移动。多个突起110中的每个突起还包括具有设定宽度的凹槽111。即，这些多个突起110的每个突起都具有凹槽111，使得施加到气密管线100的表面压力增大，从而可以改善气密性。
下面详细描述本发明的结构和效果。如图1所示，沿宽度方向形成以便与分隔板400的长度相垂直的气密管线100，在多个歧管200之间靠近多个歧管200布置，该多个歧管200形成在分隔板400的两个端部以及分隔板400的通道部300。
在此，分隔板400的通道部300，包括形成在分隔板400的两个端部之间的通道，用于向燃料电池的单元电池的膜电极组件(MEA)供应氢和空气。气密管线100靠近多个歧管200布置，以便选择性地引入或阻断氢、氧或冷却剂。还设置有侧管线130，其从气密管线100延伸，并且沿多个歧管200的周向部和分隔板400的周向部形成，并且在分隔板400被堆叠时，形成在各个分隔板400中的气密管线100和侧管线130彼此接触，以便保持所有分隔板400的气密性。在堆叠时，在侧管线130与分隔板400之间的接触状态可以与在现有技术中已知的接触状态相类似。
同时，气密管线100沿着分隔板400的宽度方向设有多个突起110，突起110沿着气密管线100的长度延伸，在突起110中分别形成有凹槽111，从而可以增大在堆叠分隔板400时施加到气密管线100的表面压力。
更详细地，在堆叠多个分隔板400时，除了在各个分隔板400中形成的气密管线100和侧管线130之外，突起110彼此接触。根据现有技术，突起110的面积小于气密管线100的面积，使得负载集中在突起110上。因此，气密管线100的表面压力相对小于施加到突起110的表面压力。
在本发明中，凹槽111分别形成在突起110中，以便在堆叠分隔板400时部分地减小在突起110之间的接触面积，使负载被分散，从而可以增大施加到气密管线100的表面压力。
下面参考图2更详细描述凹槽111。图2是示出根据本发明的示例性实施例的突起和凹槽的截面的视图。优选地，从分隔板400的表面到凹槽111的底面的高度小于从与分隔板400表面相接触的气密管线100的底面到气密管线100上表面的高度。在此，优选地，凹槽111形成在突起110的上表面上。
尽管气密管线100和突起110的高度可被设定成任何高度，然而直到凹槽111的底面的高度被限制成小于气密管线100的高度，以便允许在堆叠分隔板400时将较大负载施加到气密管线100。
详细地，优选地，当由分隔板400堆叠引起气密管线100处于压缩状态时，从分隔板400的表面到凹槽111底面的高度，小于从分隔板400的表面到气密管线100上表面的高度。
一般地，在堆叠单元电池(cell)时，多个分隔板400由靠近最外分隔板400布置的一对端板分别挤压。由于彼此接触的气密管线100和突起110通过挤压而被压缩，因此形成凹槽111，以便通过将被压缩前气密管线100的高度乘以气密管线100的材料的预设压缩率而具有比气密管线100被最大压缩的高度更小的高度，由此使得即使在多个分隔板400被端板挤压之后在形成凹槽111的位置也不会发生接触。
同时，优选地，突起110具有连接到气密管线100的一个端部，凹槽111布置在突起110的一个端部侧。也就是说，优选地，凹槽111靠近气密管线100布置，以便减小气密管线100的接触面积，并增大施加到气密管线100的表面压力。然而，应该注意到，凹槽111的位置可以以不同方式设置。
另外，优选地，与突起110在长度方向上的两个侧部相对应的凹槽111的两个侧部被开口。在此，当突起110沿长度方向的两个侧部被开口时，凹槽111的两个侧部完全开放，壁仅沿着突起110的长度方向形成。这是通过防止在堆叠分隔板400时形成凹槽111的位置发生接触来增大气密管线100的表面压力。
凹槽111的两个侧部可以不必开口，但是可以设置壁，并且凹槽111的直径可被设置成足够大以增大作用在气密管线100上的表面压力。此外，凹槽111的两个侧部也可以不完全开口。相反地，在一些实施例中，可以仅仅是凹槽111的两个侧部的上端部被开口。
同时，优选地，凹槽111形成在多个突起110的所有突起中。然而，凹槽111可以选择性地仅形成在多个突起110中的某些突起中，或者可以仅仅形成在设置于一对分隔板400的每个之中并且彼此接触的一对突起110的任何一个中。关于凹槽111的形成、在突起110上的凹槽111上的位置、以及凹槽111的形状，可以存在各种实施方式。
可以通过图3和图4所示的实验结果来证明根据本发明示例性实施例的用于燃料电池的垫圈的效果。
图3是对作用在根据本发明示例性实施例的燃料电池用垫圈上的表面压力分布与作用在根据现有技术的垫圈上的表面压力分布进行比较的视图。图3的左侧示出作用在现有技术的垫圈上的表面压力分布，图3的右侧示出作用在根据本发明示例性实施例的垫圈上的表面压力分布。图3的左侧和右侧都示出作用在气密管线100和突起110上的表面压力分布。点越密集，则表面压力越大。
如图3所示，在现有技术的垫圈中，负载集中在所有突起110上。然而，可以确定，根据本发明的示例性实施例的垫圈，与现有技术相比，在气密管线100中产生大约20％的表面压力改善效果。
此外，图4是图表，其示出根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈的气密性破裂压力，即使气密性破裂的值，以及根据现有技术的垫圈的气密性破裂压力。图4的左侧A示出根据现有技术的垫圈的气密性破裂压力，图4的右侧B示出根据本发明的示例性实施例的燃料电池用垫圈的气密性破裂压力。
通过实验数据可以确定，在根据现有技术的垫圈中，在120kPa发生破裂，而在根据本发明的示例性实施例的燃料电池用垫圈中，在150kPa发生破裂，这意味着性能改善大约25％。即，可以理解，由于气密管线100的表面压力增大，因此根据本发明的示例性实施例的用于燃料电池的垫圈能够保持更优越的气密性。
利用具有上述结构的用于燃料电池的垫圈，气密管线100的表面压力增大，以防止沿歧管流动的材料产生混合，从而能够改善燃料电池的耐用性，并防止燃料电池性能的劣化。此外，可以在不安装其它装置的情况下通过改变垫圈的形状来提高气密性，从而可以降低成本并改善适销性。
尽管已针对特定示例性实施例示出并描述了本发明，然而，对于本领域技术人员来说，在不背离权利要求所限定的本发明的精神和保护范围的情况下，本发明还可以进行各种修改和替换。

Claims (6)

1.一种用于燃料电池的垫圈，包括：
多个突起，其连接到所述燃料电池的分隔板的表面并从气密管线沿着所述分隔板的长度方向突出，所述气密管线用于阻断沿多个歧管流动的材料之间的移动，
其中所述多个突起中的每个突起包括具有设定宽度的凹槽。
2.如权利要求1所述的用于燃料电池的垫圈，其中所述气密管线布置在所述歧管与所述分隔板的通道部之间。
3.如权利要求1所述的用于燃料电池的垫圈，其中从所述分隔板的表面到所述凹槽的底面的高度小于从与所述分隔板的表面相接触的所述气密管线的底面到所述气密管线的上表面的高度。
4.如权利要求3所述的用于燃料电池的垫圈，其中当通过堆叠所述分隔板而使所述气密管线处于压缩状态时，从所述分隔板的表面到所述凹槽的底面的高度小于从所述分隔板的表面到所述气密管线的上表面的高度。
5.如权利要求1所述的用于燃料电池的垫圈，其中所述突起具有连接到所述气密管线的一端，并且所述凹槽布置在所述突起的一个端部侧。
6.如权利要求1所述的用于燃料电池的垫圈，其中与所述突起在长度方向上的两个侧部相对应的所述凹槽的两个侧部被开口。
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