CN108461771B

CN108461771B - 用于让密封件上的接触压力均匀分布的头部凸缘设计

Info

Publication number: CN108461771B
Application number: CN201810122304.3A
Authority: CN
Inventors: L.习; X.杨; 石田坚太郎; S.徐; 小山贤; 苫名佑; R.D.布莱克利
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: US10347921B2; US20180241053A1; DE102018101055A1; CN108461771A; US10991955B2; JP6843784B2; JP2018137219A; US20190355999A1

Abstract

公开一种系统和方法，包括头部凸缘，以使得密封件上的接触压力均匀分布，在一些方面，板包括凸肩和凸缘边缘。凸肩包括凸肩侧边和凸肩角部。凸缘边缘限定通过板的孔。凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分。凸肩侧边和第一边缘部分限定出在它们之间的第一边缘距离。凸肩角部和第二边缘部分限定出在它们之间的第二边缘距离。第二边缘距离大于第一边缘距离。

Description

用于让密封件上的接触压力均匀分布的头部凸缘设计

技术领域

本发明涉及燃料电池领域，且更具体地，涉及用于使得密封件上的接触压力均匀分布的系统和方法。

背景技术

燃料电池系统可在各种应用中用作电源以提供电能。所产生的电能可以立即用于为例如电动机这样的装置供电。另外地或替换地，通过例如采用电池，所产生的电能可以存储，用于以后使用。

在一些应用中，燃料电池并入到静态结构中，以为建筑物、住宅等提供电功率。在一些应用中，燃料电池并入到例如智能电话、视频相机、计算机等的装置中。在一些应用中，燃料电池并入到载具中，以提供或补充机动力。

燃料电池系统通常包括以燃料电池堆(fuel-cell stack)布置的燃料电池。燃料电池堆(其可包含一百个以上的板)被挤压以对燃料电池堆的附近部件之间的密封件施加接触压力，以防止流过其中的流体泄露。例如，混合了反应物的冷却剂或远离燃料电池的活性区域混合的反应物会降低燃料电池堆的有效性。因为部件的数量，所以甚至沿密封件的接触压力分布方面的微小不同在跨经所述堆时也会被放大，这会防止流体密封的形成。

因而，有益的是让燃料电池堆上的密封件的接触压力均匀分布。

发明内容

在一些方面，板包括凸肩和凸缘边缘。凸肩包括凸肩侧边和凸肩角部。凸缘边缘限定通过板的孔。凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分。在凸肩侧边和第一边缘部分之间限定第一边缘距离。在凸肩角部和第二边缘部分之间限定第二边缘距离，第二边缘距离大于第一边缘距离。

在一些方面，凸肩包括在其上的密封表面。密封表面配置为在暴露到接触压力时挠曲。

在一些进一步的方面，在第二凸肩角部和第三边缘部分之间限定第三边缘距离，第三边缘部分靠近第二凸肩角部，凸肩角部限定第一半径，且第二凸肩角部限定第二半径，第二半径大于第一半径，且第二边缘距离大于第三边缘距离。

在一些进一步的方面，凸肩侧边遵循循蜿蜒路径，且第一边缘部分遵循蜿蜒路径，使得第一边缘距离沿蜿蜒路径大致恒定。

在一些进一步的方面，第一边缘距离和第二边缘距离配置为提供沿凸肩具有小于约50％差异的接触压力。

在一些进一步的方面，第一边缘距离和第二边缘距离配置为提供沿凸肩具有小于约30％差异的接触压力。

在一些进一步的方面，凸肩大致限定第一多边形且凸缘边缘大致限定第二多边形，第二多边形包括比第一多边形更多的角部。

在一些进一步的方面，凸肩侧边是大致直线形的且凸肩角部是大致弧形的。

在一些进一步的方面，第一边缘部分是大致弧形的且第二边缘部分是大致直线形的。

在一些方面，系统包括第一板、第二板和挤压构件。第一板包括凸肩和凸缘。凸肩具有凸肩侧边和凸肩角部。凸缘边缘限定穿过第一板的第一孔。凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分。凸肩侧边和第一边缘部分限定出在它们之间的第一边缘距离。凸肩角部和第二边缘部分限定出在它们之间的第二边缘距离。第二边缘距离大于第一边缘距离。第二板邻接第一板。第二板包括穿过其中的第二孔。第二孔对准第一孔。挤压构件配置为在第一板和第二板上施加挤压力。挤压力配置为沿凸肩将第一板和第二板密封。

在一些进一步的方面，第二板进一步包括第二凸肩和第二凸缘边缘。第二凸肩具有第二凸肩侧边和第二凸肩角部。第二凸缘边缘限定第二孔。第二凸缘边缘包括靠近第二凸肩侧边的第三边缘部分和靠近第二凸肩角部的第四边缘部分。第二凸肩侧边和第三边缘部分限定出在它们之间的第三边缘距离。第二凸肩角部和第四边缘部分限定出在它们之间的第四边缘距离。第四边缘距离大于第三边缘距离。

在一些进一步的方面，第一板进一步包括第一工作面和第一后面。第一工作面具有设置在其上的凸肩。第一后面与第一工作面相反。第二板进一步包括第二工作面和第二后面。第二工作面具有设置在其上的凸肩。第二后面与第二工作面相反。第一后面设置在第二后面附近。第一板附接到第二板。凸肩产生具有相对高接触压力部分的第一接触压力分布。第二凸肩产生具有相对低接触压力部分的第二接触压力分布。凸肩和第二凸肩协作地配置为使得相对高接触压力部分相对设置在相对低接触压力部分附近。

在一些进一步的方面，凸肩产生具有相对高接触压力部分的第一接触压力分布，第二凸肩产生具有相对低接触压力部分的第二接触压力分布，且凸肩的第一密封表面邻接第二凸肩的第二密封表面，使得相对高接触压力部分邻接相对低接触压力部分。

在一些方面，燃料电池堆包括第一板、第二板、统一电极组件和挤压构件。第一板包括第一工作面、第一后面、凸肩、和第一凸缘边缘。第一工作面限定多个第一反应物通道。第一后面与第一工作面相反。凸肩设置在第一工作面上。凸肩具有凸肩侧边和凸肩角部。第一凸缘边缘限定穿过第一板的第一孔。第一凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分。第一边缘部分和凸肩侧边限定出在它们之间的第一边缘距离。第二边缘部分和凸肩角部限定出在它们之间的第二边缘距离。第二边缘距离大于第一边缘距离。第二板包括第二工作面、第二后面、和第二凸缘边缘。第二工作面限定多个第二反应物通道。第二后面与第二工作面相反。第二凸缘边缘限定穿过第二板的第二孔。第二孔对准第一孔。统一电极组件设置在第一板和第二板之间。统一电极组件包括接触多个第一反应物通道的第一侧和接触多个第二反应物通道的第二侧。挤压构件配置为配置为在第一板、第二板、和统一电极组件每一个上施加挤压力。挤压力配置为向凸肩施加接触压力，以在凸肩和邻近部件之间提供基本流体密封。

在一些进一步的方面，在凸肩和第二板之间提供基本流体密封。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

附图是示例性的且不是要限制权利要求所限定的主题。在后文的详细描述和所示附图中描述示例性方面，其中：

图1是根据本发明一些方面的燃料电池堆的分解示意图；

图2是根据本发明一些方面的图1的燃料电池堆的单极板的示意性平面图；

图3是图2的板的示意性截面图；

图4是以部分截面所示的双极板的示意性等轴视图；

图5A是根据本发明一些方面的示意性头部部分的平面图；

图5B是根据本发明一些方面的另一示例性头部部分的平面图；

图5C是根据本发明一些方面的再一示例性头部部分的平面图；

图5D是根据本发明一些方面的又一示例性头部部分的平面图；

图6是根据本发明一些方面的示例性头部部分的平面图；

图6A是如图6所示的头部部分的一部分的扩大视图；

图6B如图6所示头部部分的一部分的扩大视图；

图7A是显示了沿凸肩的接触压力的热图；

图7B是示出了根据本发明一些方面的沿凸肩的接触压力的热图，所述凸肩具有变化的边缘距离；

图8示出了根据本发明一些方面的用于设计凸缘的方法。

具体实施方式

图1是燃料电池堆10的分解视图。燃料电池堆10包括多个板12、至少一个统一电极组件14和挤压构件16。多个板12可以包括任何合适的板12的组合。例如，多个板12可以包括端板18、单极板20(在图2中被更详细地示出)、和/或双极板22(在图4中被更详细地示出)。根据本发明的一些方面，通过控制如本文所述的凸缘设计，多个板12、至少一个统一电极组件14、和挤压构件16可被配置为将密封件上的接触压力均匀分布。

端板18设置在燃料电池堆10的顶部和底部处。端板18包括设置在其上的燃料入口24a、燃料出口24c、氧化剂入口26a、氧化剂出口26c、冷却剂入口28a、和冷却剂出口28c。如在本文使用的，按上下文所描述的，“流体”可以是指燃料、氧化剂、冷却剂或其任何组合，且按上下文所描述的，“反应物”可以是指燃料、氧化剂或两者。例如，按上下文所描述的，“流体入口24a、26a、28a”可以是指燃料入口24a、氧化剂入口26a、或冷却剂入口28a中的任何或所有，且按上下文所描述的，“反应物通道24b、26b”可以是指燃料通道24b和氧化剂通道26b中之任一或两者。应理解，流体入口24a、26a、28a和流体出口24c、26c、28c中的某一个可位于一个端板18上，而其余流体入口24a、26a、28a和流体出口24c、26c、28c位于相反端板18上。

统一电极组件14包括设置在扩散介质32之间的燃料电池30。燃料电池30例如可以是膜电极组件，其包括设置在阴极和阳极之间的膜。膜例如可以是质子交换膜。阴极和阳极例如可以包括被支撑在碳颗粒上且与离子交换聚合物混合的细化催化剂。在一些方面，催化剂是铂。

扩散介质32是有助于反应物传递到燃料电池30到多孔层。反应物可包括任何合适的燃料和氧化剂组合。例如，燃料可以是氢，且氧化剂可以是氧。在氢燃料电池30中，氢和氧进行反应以生产电，热量和水为副产物。可使用其他燃料，例如天然气、甲醇、汽油、从煤炭获得的合成燃料。在一些方面，使用层叠、粘接或任何其他合适的方法，将扩散介质32附接到燃料电池30的表面。在一些方面，扩散介质32邻接燃料电池的表面，但是不与之粘接。例如，扩散介质32可以被置于抵靠燃料电池30的表面且通过保持构件34保持就位。保持构件34例如可以是垫圈。

挤压构件16沿堆叠方向对燃料电池堆10施加挤压力。挤压力通过邻近部件之间的接触压力而将板12和燃料电池30固定就位。在一些方面，挤压构件16包括多个螺纹杆，其与端板18上的结构接合。通过紧固螺纹杆，挤压力沿堆叠方向增加到期望水平，这使得接触压力沿附近部件之间的密封件分布。在一些方面，挤压构件16不完全与整个燃料电池堆10接合。例如，挤压构件16可以接合邻近的两个板12以向这两个板12施加挤压力，或可以接合多个邻近板12以向该多个邻近板12施加挤压力。

图2是燃料电池堆10的示例性单极板20的平面图。单极板20是大致平面的板材，其具有工作面36、与工作面相反的后面38、头部部分40和凸肩42。所示单极板20是在其上限定出一些结构的金属板件。所述结构通过对金属板件进行冲压而形成。应理解，例如碳纤维这样的其他材料和例如模制和增材制造这样的其他形成方法也可以用于形成单极板20。

反应物通道24b26b限定在单极板20的工作面36上。具体单极板20的反应物通道24b、26b为燃料通道24b或氧化剂通道26b。反应物通道24b、26b将从中流过的流体分布在邻近的统一电极组件14或燃料电池30的面上。例如，燃料通道24b将氢分配到燃料电池30的阳极且氧化剂通道26b将氧分配到燃料电池30的阴极。

头部部分40设置在单极板20的周向区域中且限定延伸穿过单极板20的多个孔44。孔44允许流体从单极板20的一侧流到单极板20的另一侧。

凸肩42从单极板20的工作面36延伸。至少一个凸肩42沿单极板20的工作面36的周边设置，以防止流体例如从反应物通道24b、26b泄漏到单极板20以外(例如泄露到环境或燃料电池堆10)。额外的凸肩42设置为邻近且围绕每一个孔44。围绕每一个孔的凸肩42防止流体从孔泄漏到单极板20的流体通道24b、26b、28b。例如，围绕孔44(冷却剂从中流过)的凸肩42防止冷却剂泄露到单极板20的反应物通道24b、26b中并与从中流过的反应物混合。应理解，凸肩42可以围绕多于一个的孔44。

可选地，冷却剂通道28b可以限定在单极板20的后面38上。冷却剂通道28b将从中流过的冷却剂分配到单极板20的后面38上，以去除化学反应期间产生的热量。另外，冷却剂通道28b可用于将热量传递到燃料电池30，以有助于例如在冷运行状态下的化学反应。应理解，凸肩42和其他特征部可以从单极板20的后面38延伸。

图3是沿线3–3截取的单极板20的凸肩42的截面图。凸肩42限定了大致弓形形状。凸肩42限定了在工作面36上的密封表面46。密封表面46配置为接触在单极板20的工作面36附近的部件。在凸肩42上的所有点处的接触压力超过一定临界值时，密封表面46将与邻近的部件形成流体密封。

凸肩42形成弹性结构，其在被施加压力时挠曲。挠曲能增加密封表面46与邻近部件接触的部分。尽管所示凸肩42截面为大致弓形，但应理解，可以使用其他形状。在一些非限制性的例子中，凸肩42的截面轮廓为大致矩形、大致梯形、大致直线形侧壁(其具有跨过它们之间的弓形部分)、其组合等。进一步地，尽管所述的凸肩42是大致对称的，但是应理解可使用不对称的凸肩42。

图4是以部分截面示出的双极板22的等轴视图。双极板22可以以各种方式形成。例如，两个单极板20的后面38可被设置在一起且单极板20连结以形成双极板22。所述连结例如可通过焊接或使用粘接剂形成。

双极板22包括与第二工作面36b相反的第一工作面36a。每一个工作面36在其上限定反应物通道24b、26b。例如，第一工作面36a限定燃料通道24b，而第二工作面36b限定氧化剂通道26b。将两个单极板20的后面38设置在一起使得，通过两个单极板20之间的空间限定出冷却剂通道28b，如图4所示。

还可使用例如3D打印这样的各种方法形成双极板22。在一些方面，通过在单个板材的相反面上冲压出反应物通道24b、26b而形成双极板22，而在它们之间不存在冷却通道28b。

在燃料电池堆10组装时，每一个板12的头部部分40中的孔44基本上对准邻近板12或统一电极组件14的相应孔44，以形成多个入口歧管(未示出)和多个出口歧管(未示出)。每一个部件的凸肩42挤压抵靠邻近部件的凸肩42，使得形成流体密封，以限定多个流体流动路径24、26、28。通过燃料入口24a、燃料入口歧管(未示出)、相应板12的燃料通道24b、燃料出口歧管(未示出)和燃料出口24c限定燃料流体路径24。类似地，通过氧化剂入口26a、氧化剂入口歧管(未示出)、氧化剂通道26b、和氧化剂出口歧管(未示出)、以及氧化剂出口26c限定氧化剂流体路径26。冷却剂流体路径28包括冷却剂入口28a、冷却剂入口歧管(未示出)、冷却剂通道28b、冷却剂出口歧管(未示出)和冷却剂出口28c。

在运行时，至少两种流体在分离的流体流动路径24、26、28中流动通过燃料电池堆10。在一些示例性燃料电池堆10中，流体进入流体入口24a、26a、28a，沿燃料电池堆10的周向侧流动通过相应歧管，经由流体通道24b、26b、28b沿侧向方向经过一些部件，流动通过燃料电池堆10的相反周向侧上的相应歧管，且经由流体出口24c、26c、28c离开燃料电池堆10。在一些例子中，流体中的至少两种以逆流方式流动。

在燃料电池堆10的部件之间形成基本流体密封，以防止流动通过燃料电池堆10的流体的不期望混合。通过向密封表面46施加接触压力而形成这些基本流体密封。应认为，沿凸肩42的密封表面46的接触压力差异会造成泄露。还应认为，沿凸肩42的密封表面46的均匀分布接触压力可有利地影响燃料电池堆10的性能。例如，通过让接触压力在板12的头部部分40上均匀分布，根据本发明的系统、部件和方法可增加密封有效性。进一步地，通过降低维持所述堆上的足够接触压力所需的挤压力的量，根据本发明的系统、部件和方法还可降低制造部件的成本。进一步地，通过降低施加到部件的最大接触压力，根据本发明的系统、部件和方法还会有利地影响燃料电池堆的寿命。

施加到密封表面46的接触压力是因施加到燃料电池堆10的挤压力造成的，且应该保持在临界水平以上，以维持基本流体密封。因为燃料电池堆10可包括大量的部件，所以在部件组装在燃料电池堆10中时甚至沿凸肩42的接触压力分布的微小变化也会被极大地放大。

有利地，通过改变孔44和凸肩42之间的凸缘50周围的边缘距离D，可使得沿围绕孔44的凸肩42的密封表面46的接触压力分布均匀分布。

图5A–5D显示了根据本发明的示例性头部部分40a-40d的平面图，以让密封表面46上的接触压力均匀分布。图5A是示例性头部部分40a的平面图，以让接触压力沿凸肩42均匀分布。头部部分40a包括板12的工作面36，凸肩42位于其上。凸缘102限定在凸肩42和孔44之间，凸缘边缘104限定出孔44。如图所示，凸肩42为第一多边形，其为大致六边形，而孔44为大致圆形的。

凸肩42包括多个凸肩侧边106和在邻近凸肩侧边106的相交部处的凸肩角部108。凸缘边缘104包括靠近凸肩侧边106的第一边缘部分110和靠近凸肩角部108的第二边缘部分112。如图所示，凸肩42的与凸缘边缘104的相应部分对应的一些部分设置在大致垂直于凸缘边缘104延伸的区域中。

边缘距离D通过凸肩42和凸缘边缘104之间的空间限定。第一边缘距离D1通过凸肩侧边106和第一边缘部分110之间的空间限定，且第二边缘距离D2通过凸肩角部108和第二边缘部分112之间的空间限定。如图5A所示，第二边缘距离D2大于第一边缘距离D1。在一些方面，第二边缘距离D2比第一边缘距离D1大30％。在一些方面，第二边缘距离D2比第一边缘距离D1大60％。在一些方面，第二边缘距离D2比第一边缘距离D1大100％。

图5B是另一示例性头部部分40b的平面图，以让接触压力沿凸肩42均匀分布。在示出的例子中，凸肩42是第一多边形，其为大致六边形，且凸缘边缘104为第二多边形，其也是大致六边形。第一多边形相对于第二多边形旋转约30°，使得第一多边形的每一个角基本邻近第二多边形的每一边的相应中点。第一多边形相对于第二多边形的相对旋转使得第二边缘距离D2大于第一边缘距离D1。尽管所示多边形为大致六边形，但是应理解可以使用其他多边形形状。进一步地，尽管所示第一多边形相对于第二多边形旋转约30°，但是可使用使得第二边缘距离D2大于第一边缘距离D1的其他旋转。

图5C是再一示例性头部部分40c的平面图，以让接触压力沿凸肩42均匀分布。凸肩42是大致六边形的第一多边形且凸缘边缘104是包括比第一多边形更多的角的第二多边形，例如所示的第二多边形为大致十二边形。第二多边形是不规则的且相对于第一多边形取向为使得凸肩角部108定位为靠近第二多边形的相应边。如图5C所示，即使凸肩42形成大致对称的形状，用于每一个凸肩角部108的边缘距离D也可以是不同距离。例如，凸肩42外侧的结构可以影响板12的挠曲，使得在明显对称区域处让边缘距离D不同能够改善沿密封表面46的接触压力分布，而不管凸肩42或孔44的明显对称性如何。

图5D是又一示例性头部部分40d的平面图，以让接触压力沿凸肩42均匀分布。凸肩42是大致六边形且不规则的第一多边形。凸缘边缘104是大致十二边形且不规则的第二多边形。第二多边形相对于第一多边形取向，使得凸肩角部108定位为靠近第二多边形的相应边。

图6是示例性头部部分40e的平面图，以让接触压力沿凸肩42均匀分布。头部部分40e包括多个凸肩侧边106和凸肩角部108。

如图6A和6B更好地示出的，凸肩侧边106包括遵循大致蜿蜒路径的加强结构114或“扭曲结构(wiggle)”。这些加强结构114配置为通过在板12于燃料电池堆10中被挤压时防止凸肩42的过度变形而防止沿凸肩42的笔直延伸部分出现脆弱点。凸肩侧边106是经过加强结构的蜿蜒路径的大致直线形的，如线120所示。应注意，沿蜿蜒路径的“扭曲结构”与向内呈弧形(radiused)的第一部分和插置在第一部分之间的向外呈弧形的第二部分共享一特定半径。例如，图6A的蜿蜒部分包括朝向孔呈弧形的中央部分和背离孔44呈弧形的外部部分。中央部分和外部部分的半径是基本相等的。

凸肩角部108朝向孔44大致呈弧形。每一个凸肩角部108具有沿凸肩角部108的大致均匀的半径。如线122所示，成角度的角部被显示为沿着图6A和6B的凸肩42。弧形凸肩角部108与线122的角部共享顶点。凸肩角部的半径基本大于蜿蜒部分的半径。凸肩角部108在顶点附近具有增加的接触压力且在凸肩侧边106附近具有更低的接触压力。

尽管图6、6A和6B的凸肩42包括比图5A–5D的凸肩42所示的成角度特征大致更加弯曲的特征，但是本领域技术人员应理解具有蜿蜒特征的凸肩侧边106和具有大致连续曲率半径的凸肩角部108之间的不同。例如，通过确定沿凸肩42的增加接触压力的区域可以识别出凸肩角部108。在该例子中，凸肩角部108具有在顶点附近通常更高且在凸肩侧边106附近通常更低的接触压力。

如图6A和6B更好地所示的，凸缘边缘104限定多个特征。例如，凸缘边缘104可以包括靠近凸肩侧边106设置的第一边缘部分116和靠近凸肩角部108设置的第二边缘部分118。沿第二边缘部分118的边缘距离通常大于沿第一边缘部分116的边缘距离。

在一些方面，如图6A所示，凸肩侧边106是大致直线形的，而靠近凸肩侧边106的第一边缘部分116是大致弧形的。在一些方面，凸肩角部108大致呈具有第一半径的弧形，而第二边缘部分118大致呈具有更大半径的弧形。在一些方面，如图6A进一步所示的，凸肩角部108为大致弧形，而第二边缘部分118为大致直线形。

在一些方面，如图6B所示，凸肩侧边106和靠近凸肩侧边的第一边缘部分116遵循蜿蜒路径，使得凸肩侧边和第一边缘部分之间的边缘距离D是大致恒定的。

有利地，形成具有边缘距离D(该边缘距离在凸肩角部108附近比在凸肩侧边附近的边缘距离D更大)使得接触压力沿凸肩42均匀分布。在一些例子中，围绕孔44的边缘距离D被配置为提供沿凸肩42具有小于约50％差异的接触压力分布。在一些例子中，围绕孔44的边缘距离D被配置为提供沿凸肩42具有小于约30％差异的接触压力分布。

可以测量或模拟对具体设计造成的接触压力的确定。例如，板12、头部部分40或凸缘50的模型可采用有限元分析，以估计沿示例性结构的凸肩42的接触压力分布。

图7A和7B是使用有限元分析确定的沿凸肩42的接触压力的热图(heat map)。图7A示出了头部，其中凸肩42和凸缘边缘104的相应部分之间的距离是大致恒定的。如图所示，在所指出的凸肩角部108处沿密封表面46的接触压力比在凸肩角部108附近的凸肩侧边106处沿密封表面46的接触压力更高。应注意，不是所有的凸肩角部108都包括能极大地增加接触压力的区域。例如，在图7A的左上示出的凸肩角部108具有比图7A的右下示出的凸肩角部108显著更高的接触压力。因而，某些凸肩角部108的边缘距离D不需要被增加以获得均匀分布的接触压力。

图7B是根据本发明一些方面的沿用于凸缘50的凸肩42的接触压力的热图，其具有变化的边缘距离D。应注意，图7B不同于图7A之处是，边缘距离D对于具有相对高接触压力的凸肩角部108来说通常更大(例如朝向左上的凸肩角部108)，且边缘距离D对于具有相对低接触压力的凸肩角部108来说基本相似(例如朝向右下的凸肩角部108)。图7B进一步不同于图7A之处是，在图7A和7B右侧的沿凸肩侧边106的边缘距离D沿凸肩42的蜿蜒部分是大致恒定的。

图8示出了根据本发明一些方面的用于设计凸缘50的方法800。方法800包括选择(802)初始设计，测量(804)凸肩42上的接触压力，分析(806)接触压力分布，和降低(808)接触压力分布的差异。初始凸缘设计包括，板12的至少一部分具有穿过其中的孔44和围绕孔的凸肩42。测量(804)凸肩42上的接触压力产生的沿凸肩42的接触压力分布。可例如使用凸缘50的数学模型、凸缘原型的直接测试、就地测量、其组合等实现对接触压力的测量(804)。例如可使用有限元分析、其他计算方法、其组合等实现经由数学模型进行的测量。分析(806)接触压力分布包括识别接触压力相对增加的区域和接触压力相对减小的区域。降低(808)接触压力分布的差异包括，使得接触压力相对增加的一个或多个区域附近的边缘距离增加和/或使得接触压力相对减小的一个或多个区域附近的边缘距离减少。

有利地，具有凸肩42的邻近部件可被设计为协调地起作用，以让接触压力沿凸肩42均匀分布。例如，第一板12的凸缘50可以包括第一设计，且第二板12的相应凸缘50可以包括第二设计。第一设计和第二设计可以协调配置为使得沿第一板12上的凸肩42的接触压力相对更大的区域对应于沿第二板的凸肩42的接触压力相对更低的区域，使得沿密封表面46的接触压力均匀分布。

尽管针对凸肩角部描述了接触压力增加的上述区域，但是应理解，通过在接触压力增加的区域附近增加板材料和/或在接触压力更低的区域附近减少板材料，可以使得应力增加的任何区域均匀分布。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims

1.一种用于燃料电池堆的板，包括：

凸肩，包括凸肩侧边和凸肩角部；和

凸缘边缘，限定穿过板的孔，

凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分，

凸肩侧边和第一边缘部分限定出在它们之间的第一边缘距离，

凸肩角部和第二边缘部分限定出在它们之间的第二边缘距离，第二边缘距离大于第一边缘距离；

第二边缘部分是大致直线形的。

2.如权利要求1所述的板，其中凸肩侧边遵循蜿蜒路径，且其中第一边缘部分遵循蜿蜒路径，使得第一边缘距离沿蜿蜒路径大致恒定。

3.如权利要求1所述的板，其中第一边缘距离和第二边缘距离配置为提供沿凸肩具有小于30％差异的接触压力。

4.如权利要求1所述的板，其中凸肩大致限定第一多边形且凸缘边缘大致限定第二多边形，第二多边形包括比第一多边形更多的角部。

5.如权利要求1所述的板，其中凸肩侧边是大致直线形的且凸肩角部是大致弧形的。

6.如权利要求1所述的板，其中第一边缘部分是大致弧形的。

7.一种用于燃料电池堆的系统，包括:

第一板，包括：

凸肩，具有凸肩侧边和凸肩角部，和

凸缘边缘，限定穿过第一板的第一孔，凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分，

第二边缘部分是大致直线形的；

第二板，邻接第一板，第二板包括穿过其中的第二孔，第二孔对准第一孔；和

挤压构件，配置为在第一板和第二板上施加挤压力，挤压力配置为沿凸肩对第一板和第二板进行密封。

8.如权利要求7所述的系统，其中第二板进一步包括：

第二凸肩，具有第二凸肩侧边和第二凸肩角部，且

第二凸缘边缘，限定第二孔，第二凸缘边缘包括靠近第二凸肩侧边的第三边缘部分和靠近第二凸肩角部的第四边缘部分，

其中第二凸肩侧边和第三边缘限定出在它们之间的第三边缘距离，且

其中第二凸肩角部和第四边缘限定出在它们之间的第四边缘距离，第四边缘距离大于第三边缘距离。

9.如权利要求8所述的系统，其中

第一板进一步包括第一工作面和与第一工作面相反的第一后面，第一工作面上具有设置在其上的所述凸肩；和

第二板进一步包括第二工作面和与第二工作面相反的第二后面，第二工作面具有设置在其上的所述第二凸肩，

其中第一后面设置为邻近第二后面

其中第一板附接到第二板；

其中所述凸肩产生具有相对高接触压力部分的第一接触压力分布；

其中所述第二凸肩产生具有相对低接触压力部分的第二接触压力分布；且

其中所述凸肩和第二凸肩协调地地配置为使得相对高接触压力部分相对设置在相对低接触压力部分附近。

10.一种燃料电池堆，包括：

第一板，包括：

第一工作面，限定多个第一反应物通道，

凸肩，设置在第一工作面上，凸肩具有凸肩侧边和凸肩角部，和

第一凸缘边缘，限定穿过第一板的第一孔，凸缘边缘包括靠近凸肩侧边的第一边缘部分和靠近凸肩角部的第二边缘部分，

第一边缘部分和凸肩侧边限定出在它们之间的第一边缘距离，

第二边缘部分和凸肩角部限定出在它们之间的第二边缘距离，第二边缘距离大于第一边缘距离；

第二边缘部分是大致直线形的；

第二板，包括：

第二工作面，限定多个第二反应物通道，和

第二凸缘边缘，限定穿过第二板的第二孔，第二孔与第一孔对准；

统一电极组件，设置在第一板和第二板之间，统一电极组件包括与多个第一反应物通道接触的第一侧和与多个第二反应物通道接触的第二侧；和

挤压构件，配置为在第一板、第二板、和统一电极组件上施加挤压力，挤压力配置为将接触压力施加到凸肩，以在凸肩和第二板或统一电极组件之间基本流体密封。