CN112736264A - 一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构 - Google Patents

Abstract

一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，针对传统粘接方式存在粘接不良堆叠时、装配不良拆解时、长期使用之后密封元件易从金属双极板上掉落的问题，本方案去除胶黏剂的使用，使阴极板的密封槽和阳极板的密封槽对称，并在阴极板和阳极板的密封槽内相对应地沿延伸方向设有多个贯穿孔，从而使阴极板和阳极板上注塑成型的密封元件能形成对拉式的密封结构，提高了整体密封结构的稳健性和长久性，同时提高了密封工艺的效率。贯穿孔周围可布置加强筋来进一步稳固密封。贯穿孔可以通过冲压或激光打孔工艺实现，加强筋可以通过冲压工艺实现；焊线根据贯穿孔的位置有调整，可以通过激光焊接工艺实现。

Description

一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构

技术领域

本发明属于燃料电池金属双极板领域，特别涉及一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构。

背景技术

燃料电池的运行是为了使氢气与氧气发生电化学反应，从而产生电能来维持汽车的运行，因此，氢气与氧气是反应原材料，必不可少。同时，由于反应产生的热持续累积会降低催化剂的催化效果，需要冷却水进入燃料电池内部以带走热量，维持内部环境的稳定。这三类物质在燃料电池内部分别处于不同的空间，需要做到彼此隔绝、互不影响。因此，为达到隔离的目的，密封元件的存在就必不可少，该密封元件的有效性是达成燃料电池有效性的前提条件。

现有金属双极板上的密封结构一般是在每块极板的流场区边缘及三腔口区这些需要隔绝流体的部位设置与流场区下凹处在极板厚度方向上一致的密封槽结构来实现的。密封槽包括外圈密封槽1和三腔密封槽2，外圈密封槽1对应流场区和三腔口区的整体外缘，三腔密封槽2对应三腔口区。

其中，阴极板的外圈密封槽1与阳极板的外圈密封槽1呈镜像完全贴合的对称结构，参见图1，虚线为焊线3的对应外圈密封槽1的部分，其沿外圈密封槽1延伸地设置于外圈密封槽1内，阴极板和阳极板通过沿焊线3的该部分激光焊接能实现彼此相连，并保证冷却水区域的密封效果。参见图2，外圈密封槽1中粘结密封元件4，保证流场区的反应物和生成物的密封效果。

阴极板的三腔密封槽2与阳极板的三腔密封槽2为非对称结构，参见图3，虚线为焊线3的对应三腔密封槽2的部分，其位于三腔口区的三个腔口之间、中间腔口的腔口流体入口5所在边缘的旁侧、两侧腔口的腔口流体出口6的靠近流场区一侧，阴极板和阳极板通过沿焊线3的该部分激光焊接能实现彼此相连，并保证冷却水区域的密封效果，同时不影响流体进入反应区。参见图4，三腔密封槽2中粘结密封元件4，并且金属双极板上还设置加强筋结构，保证三腔口区流体的隔绝效果及密封元件4受力时的支撑效果。

上述结构对于起到粘结作用的胶黏剂依赖性非常高，在胶黏剂粘结效果不佳时会出现密封元件脱落、密封效果丧失的严重后果，不利于保证燃料电池密封体系的长期有效。实际上，目前市场上的胶黏剂很大程度上不能同时满足方便涂胶（粘度低）、粘接效果好（金属-密封材料的剥离强度高）和持久耐用（耐热耐酸）这些性能需求。此外，由于密封元件易变形导致无法借助自动化设备进行贴胶，涂胶过程的效率及精密度在实际生产时也是限制燃料电池金属双极板大规模量产的一个关键因素。因此，去除胶黏剂的使用，直接在金属双极板上注塑成型密封元件，使注塑时的料流在金属双极板上形成对拉结构，实现阴极板和阳极板上的密封元件连为一体，是解决上述问题的良好尝试，能够极大地升燃料电池双极板密封结构的稳健性。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构。

本发明的目的可以通过下述技术方案来实现：一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，包括金属双极板，所述金属双极板的阴极板和阳极板上均设有密封槽，阴极板的密封槽和阳极板的密封槽相对称，阴极板和阳极板的密封槽内相对应地沿延伸方向设有多个贯穿孔。

优选地，所述密封槽包括外圈密封槽和三腔密封槽。

进一步地，所述三腔密封槽包括第一密封槽和第二密封槽，所述第一密封槽设置于每相邻两个腔口之间，所述第二密封槽设置于每个腔口的腔口流体入口所在边缘的旁侧。

其中，所述第二密封槽包括凸楞和凹陷，所述凸楞设置于腔口的腔口流体入口所在边缘的旁侧，阴极板和阳极板的相对应的凸楞之间形成流体通路，多个所述凹陷沿凸楞延伸方向分布于凸楞上且每个凹陷内设有贯穿孔。

所述凸楞与腔口边缘的凸起部分连为一体且其高度一致，所述凹陷、第一密封槽、外圈密封槽的深度与流场区的下凹深度一致。

所述凸楞的高度和凹陷的深度为5~50mm，凸楞的宽度为10~50mm。

优选地，所述金属双极板的阴极板和阳极板上相对应地设有焊线。

进一步地，所述焊线的对应外圈密封槽的部分位于外圈密封槽内贯穿孔的靠近流场区一侧，焊线的对应三腔密封槽的第一密封槽的部分分成两条且分别位于第一密封槽内贯穿孔的两侧，焊线的对应两侧腔口第二密封槽的部分位于各自腔口流体出口的靠近流场区一侧。

所述焊线的宽度为0.2~0.4mm。

优选地，所述贯穿孔的周侧分布有多个加强筋。

所述贯穿孔的尺寸为1~5mm，贯穿孔间的间隙范围为5~50mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：根据密封元件在极板上的注塑成型结构特点及密封支撑结构需求，在极板的密封槽区域引入贯穿孔结构，使阴极板和阳极板上注塑成型的密封元件形成对拉结构，从而提高了整体密封结构的稳健性和长久性，并且提高了密封工艺的效率。针对贯穿孔结构，还可以进一步在其周围布置加强筋来进一步稳固密封。其中，贯穿孔可以通过冲压或激光打孔工艺实现，其周围的加强筋可以通过冲压工艺实现，布置在周围的焊线可以通过激光焊接工艺实现。

附图说明

图1为现有技术金属双极板的外圈密封槽及该处焊线的示意图；

图2为现有技术金属双极板的外圈密封槽内安装密封元件的示意图；

图3为现有技术金属双极板的三腔密封槽及该处焊线的示意图；

图4为现有技术金属双极板的三腔密封槽内安装密封元件的示意图；

图5为本发明实施例1金属双级板的整体示意图；

图6为本发明实施例1金属双极板的外圈密封槽及该处焊线的示意图；

图7为本发明实施例1金属双极板的三腔密封槽及该处焊线的示意图；

图8为本发明实施例1金属双极板的三腔密封槽及该处焊线的轴测图；

图9为图7中第二密封槽的A-A面在未加工贯穿孔时的侧剖图；

图10为图7中第二密封槽的A-A面在密封元件注塑于第二密封槽内时的侧剖图；

图11为本发明实施例2金属双极板的外圈密封槽及该处焊线的示意图；

图12为本发明实施例2金属双极板的三腔密封槽及该处焊线的示意图；

图13为本发明实施例2金属双极板的三腔密封槽及该处焊线的轴测图。

附图标记如下：

1外圈密封槽

2三腔密封槽

201第一密封槽

202第二密封槽

2021凸楞

2022凹陷

3焊线

4密封元件

5腔口流体入口

6腔口流体出口

7贯穿孔

8加强筋。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明的具体实施方式，使本领域的技术人员更清楚地理解如何实践本发明。尽管结合其优选的具体实施方案描述了本发明，但这些实施方案只是阐述，而不是限制本发明的范围。

实施例1

参见图5，一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，包括金属双极板，金属双极板的阴极板和阳极板上均设有密封槽，密封槽用于注塑密封元件，密封槽包括外圈密封槽1和三腔密封槽2，外圈密封槽1对应极板的流场区和三腔口区的整体外缘，三腔密封槽2对应极板的三腔口区。密封槽与现有技术的区别见下文。

阴极板的外圈密封槽1与阳极板的外圈密封槽1及阴极板的三腔密封槽2与阳极板的三腔密封槽2均为对称结构。

阴极板和阳极板的密封槽内沿延伸方向相对应地设有多个贯穿孔7，以使阴极板和阳极板上注塑成型的密封元件形成对拉结构。参见图6，外圈密封槽1内的贯穿孔7作为该处流动接口，使注塑成型密封元件时料流在该处形成对拉式的密封结构，保证流场区和三腔口区的整体外缘的密封效果。参见图7和图8，三腔密封槽2内的贯穿孔7作为该处流动接口，使注塑成型密封元件时料流在该处形成对拉式的密封结构，保证三腔口区的密封效果，同时使空气、氢气及冷却水的通路畅通，保证三腔口区的隔离效果。贯穿孔7的形状可呈圆形、椭圆形、矩形、或其他规则形状；贯穿孔7的尺寸可为1~5mm；贯穿孔7间的间隙范围可为5~50mm；贯穿孔7的周侧可分布有多个加强筋8。

其中，参见图7和图8，三腔密封槽2包括第一密封槽201和第二密封槽202。阴极板和阳极板每端的三个腔口处设置两道第一密封槽201和三道第二密封槽202。

两道第一密封槽201分别设置于三个腔口之间，用于相邻两个腔口之间的密封和隔离；每道第一密封槽201内沿延伸方向设有多个贯穿孔7；第一密封槽201的深度与流场区的下凹深度在极板厚度方向上一致。外圈密封槽1的深度也与流场区的下凹深度在极板厚度方向上一致。

三道第二密封槽202分别设置于三个腔口的腔口流体入口5所在边缘的旁侧，用于三个腔口与流场区之间的密封和隔离，每道第二密封槽202内沿延伸方向设有多个贯穿孔7。进一步地，参见图7至图9，第二密封槽202为冲压成型的凹凸结构，包括凸楞2021和凹陷2022。凸楞2021设置于腔口的腔口流体入口5所在边缘的旁侧且与腔口边缘本身的凸起部分连为一体，凸楞2021的高度与腔口边缘的凸起部分的高度在极板厚度方向上一致，阴极板和阳极板的相对应的凸楞2021之间形成流体通路。多个凹陷2022沿凸楞2021延伸方向均布于凸楞2021上，每个凹陷2022的深度与流场区的下凹深度在极板厚度方向上一致，每个凹陷2022内设有一贯穿孔7，作为流动接口。往第二密封槽202注塑成型密封元件4时，料流经过该处流动接口，形成第二密封槽202处的对拉式密封结构，见图10。凸楞2021的高度和凹陷2022的深度可为5~50mm；凸楞2021的宽度，或者说是，在腔口流体入口5和腔口流体出口6之间的跨度，可为10~50mm。

金属双极板的阴极板和阳极板上还设有焊线3，焊线3为连续结构，用于通过激光焊接连接阴极板和阳极板，并保证流场区、三腔口区的各腔口之间的密封效果。因为贯穿孔7的存在，焊线3的部分位置有所变动。参见图6，焊线3的对应外圈密封槽1的部分位于外圈密封槽1内贯穿孔7的靠近流场区一侧。参见图7和图8，焊线3的对应三腔密封槽2的第一密封槽201的部分分成两条且分别位于第一密封槽201内贯穿孔7的两侧，取消了焊线3的对应中间腔口第二密封槽202的部分，焊线3的对应两侧腔口第二密封槽202的部分位于各自腔口流体出口6的靠近流场区一侧。焊线3的宽度可为0.2~0.4mm。

此外，本实施例中，参见图6和图7，外圈密封槽1和三腔密封槽2内的贯穿孔7均匀分布且均呈矩形，每个贯穿孔7的尺寸为1mm*2mm，贯穿孔7间的间隙为10mm，贯穿孔7的加工通过激光切割工艺得以实现。参见图6至图9，外圈密封槽1和三腔密封槽2的第一密封槽201的深度均为5mm，三腔密封槽2的第二密封槽202通过冲压工艺得以实现，凹陷2022的深度为5mm，凸楞2021的高度为5mm且宽度为30mm。焊线3的宽度为0.3mm。

实施例2

一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，与实施例1的区别之处在于，本实施例中，参见图11至图13，外圈密封槽1和三腔密封槽2内的贯穿孔7均匀分布且均呈圆形，每个贯穿孔7的尺寸为φ3mm且周侧均布有多个圆形凸起状的加强筋8，贯穿孔7间的间隙为20mm，贯穿孔7的加工通过激光切割工艺得以实现。外圈密封槽1和三腔密封槽2的第一密封槽201的深度均为5mm，三腔密封槽2的第二密封槽202通过冲压工艺得以实现，凹陷2022的深度为5mm，凸楞2021的高度为10mm且宽度为20mm。焊线3的宽度为0.2mm。

应当指出，对于经充分说明的本发明来说，还可具有多种变换及改型的实施方案，并不局限于上述实施方式的具体实施例。上述实施例仅仅作为本发明的说明，而不是对本发明的限制。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (10)

1.一种实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，包括金属双极板，所述金属双极板的阴极板和阳极板上均设有密封槽，其特征在于，阴极板的密封槽和阳极板的密封槽相对称，阴极板和阳极板的密封槽内相对应地沿延伸方向设有多个贯穿孔。

2.根据权利要求1所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述密封槽包括外圈密封槽和三腔密封槽。

3.根据权利要求2所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述三腔密封槽包括第一密封槽和第二密封槽，所述第一密封槽设置于每相邻两个腔口之间，所述第二密封槽设置于每个腔口的腔口流体入口所在边缘的旁侧。

4.根据权利要求3所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述第二密封槽包括凸楞和凹陷，所述凸楞设置于腔口的腔口流体入口所在边缘的旁侧，阴极板和阳极板的相对应的凸楞之间形成流体通路，多个所述凹陷沿凸楞延伸方向分布于凸楞上且每个凹陷内设有贯穿孔。

5.根据权利要求4所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述凸楞与腔口边缘的凸起部分连为一体且其高度一致，所述凹陷、第一密封槽、外圈密封槽的深度与流场区的下凹深度一致。

6.根据权利要求4或5所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述凸楞的高度和凹陷的深度为5~50mm，凸楞的宽度为10~50mm。

7.根据权利要求2~5任一项所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述金属双极板的阴极板和阳极板上相对应地设有焊线，所述焊线的对应外圈密封槽的部分位于外圈密封槽内贯穿孔的靠近流场区一侧，焊线的对应三腔密封槽的第一密封槽的部分分成两条且分别位于第一密封槽内贯穿孔的两侧，焊线的对应两侧腔口第二密封槽的部分位于各自腔口流体出口的靠近流场区一侧。

8.根据权利要求7所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述焊线的宽度为0.2~0.4mm。

9.根据权利要求1~5、8任一项所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述贯穿孔的周侧分布有多个加强筋。

10.根据权利要求9所述的实现金属双极板密封一体化注塑成型的密封槽结构，其特征在于，所述贯穿孔的尺寸为1~5mm，贯穿孔间的间隙范围为5~50mm。

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