一种用于燃料电池组的燃料分配器组件,包括位于外壳中的内壳。外壳弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘。外壳还具有内壁表面和外壁表面。第一纵向边缘和第二纵向边缘组合限定出纵向槽。第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇。内壳包括多个向外延伸并与外壳的内壁表面接触的肋。内壳、外壳、唇和肋限定了多个流道。内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位。还提供了一种形成燃料分配器的方法。
1.一种用于燃料电池组的燃料分配器组件,该燃料电池组包括多个燃料电池,该燃料分配器包括:包括板片的外壳,所述板片被弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘,外壳具有内壁表面和外壁表面,第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇;以及位于外壳内部的内壳,内壳包括向外延伸并与外壳的内壁表面接触的多个肋,其中内壳、外壳、唇和肋限定多个流道,内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位,内壳接收被提供到所述多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。
2.如权利要求1的燃料分配器,其中,内壳由第一壳部分和第二壳部分形成,第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳。
3.如权利要求2的燃料分配器,其中,第一壳部分和第二壳部分结合在一起以在燃料分配器的第一端上形成第一密封。
4.如权利要求3的燃料分配器,其中,第一壳部分包括第一密封部分,所述第一密封部分具有在其内部的O型环槽,并且第二壳部分包括第二密封部分,以使第一密封部分位于第二密封部分内,以在燃料分配器的第二端上形成第二密封。
5.如权利要求3的燃料分配器,其中,第一壳部分包括在第一壳部分端部处的柱子,并且第二壳部分在第二壳部分端部处限定开口,所述柱子位于孔内。
6.如权利要求1的燃料分配器,其中,第一壳部分具有第一边缘细部,并且第二壳部分具有第二边缘细部,在第一壳部分附连到第二壳部分时第一边缘细部与第二边缘细部相匹配。
7.如权利要求1的燃料分配器,其中,第一边缘细部包括边缘突起和边缘槽,并且第二边缘细部包括边缘凸起和边缘槽。
8.如权利要求1的燃料分配器,其中,围绕内壳而部分地延伸的多个肋中的每个肋具有第一肋端部和第二肋端部,以使唇临近第一肋端部定位。
9.一种用于燃料电池组的燃料分配器组件,燃料电池组包括多个燃料电池,燃料分配器包括:包括板片的外壳,所述板片弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘,外壳具有内壁表面和外壁表面,第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇;以及位于外壳内部的内壳,内壳包括多个肋、第一壳部分和第二壳部分,肋向外延伸并与外壳的内壁表面接触,第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳,每个肋围绕内壳而部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇临近第一肋端部定位,内壳、外壳、唇和肋结合地限定出多个流道,内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位,内壳接收被提供到所述多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。
10.一种形成燃料分配器的方法,所述方法包括:将第一塑料成分挤压模塑以形成外壳,外壳包括板片,所述板片限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘,外壳具有内壁表面和外壁表面,第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇;以及将第二塑料成分注射模塑以形成第一壳部分,第一壳部分包括从第一壳部分的外表面向外延伸的第一多个肋部分;将第三塑料成分注射模塑以形成第二壳部分,第二壳部分包括从第二壳部分的外表面向外延伸的多个肋部分;将第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳,其中所述第一多个肋部分与第二多个肋部分相互匹配以形成多个肋,每个肋围绕内壳而部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇临近第一肋端部定位;以及通过跨过内壳滑动外壳而将内壳放置在外壳内,内壳、外壳、唇和肋结合地限定出多个流道,内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的方式定位,内壳接收被提供到所述多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。技术领域
本发明涉及燃料电池组,以及特别地,涉及使用燃料分配器向这种组中的燃料电池提供燃料的燃料电池组。
背景技术
燃料电池在很多应用中被用作电功率源。特别地,人们提出在汽车中使用燃料电池以取代内燃发动机。一种常用的燃料电池设计采用固体聚合物电解质(“SPE”)膜或质子交换膜(“PEM”)以提供阳极和阴极之间的离子传输。在质子交换膜型燃料电池中,向阳极提供氢作为燃料,并向阴极提供氧气作为氧化剂。氧气可以是纯氧形式(O₂)或是空气(O₂和N₂的混合物)。PEM燃料电池通常具有膜电极组件(“MEA”),其中固体聚合物膜具有在一个表面上的阳极催化剂和在相对的表面上的阴极催化剂。典型的PEM燃料电池的阳极和阴极层由多孔传导材料制成,例如编织石墨、石墨化板片、或者碳纸,从而允许燃料和氧化剂分别分散跨过面向燃料和氧化剂供应电极的膜的表面。每个电极都具有承载在碳颗粒上的细微分割的催化剂粒子(例如铂颗粒),用于促进阳极处氢的氧化,以及阴极处氧的还原。质子从阳极穿过离子传导性聚合物膜流动到阴极,并在此与氧结合形成水,所述水从电池中排出。MEA夹在一对多孔的气体扩散层(“GDL”)之间,继而,夹在一对非多孔的导电元件或板之间。这些板用作阳极和阴极的集流体,并包含适合的形成于其中的通道和开口,以便将燃料电池的气态反应物分配跨过阳极和阴极催化剂的各自的表面。为了有效地产生电力,PEM燃料电池的聚合物电解质膜必须是薄的、化学稳定的、可传导质子的、不导电的和不可透过气体的。在典型应用中,燃料电池以多个单独燃料电池组的阵列的形式被提供以提供高水平电功率。因此,需要一种改善的向燃料电池组中的每个燃料电池分配燃料的系统。
发明内容
本发明通过在至少一个实施例中提供用于包括多个燃料电池的燃料电池组的燃料分配器组件,解决了现有技术中的一个或多个问题。燃料分配器包括具有板片的外壳、以及位于外壳中的内壳。板片被弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘。外壳还具有内壁表面和外壁表面。第一纵向边缘和第二纵向边缘组合地限定出纵向槽。第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇。内壳位于外壳的内部。内壳包括多个向外延伸并与外壳的内壁表面接触的肋。内壳、外壳、唇和肋限定了多个流道。内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位。内壳接收被提供到该多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出以被引入到燃料电池中。在另一实施例中,提供用于包括多个燃料电池的燃料电池组的燃料分配器组件。燃料分配器包括外壳以及位于外壳中的内壳。外壳包括板片,其被弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘。外壳具有内壁表面和外壁表面。第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,其朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇。内壳包括多个肋、第一壳部分和第二壳部分。肋向外延伸并与外壳的内壁表面接触。第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳。每个肋围绕内壳而部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部,以使唇邻近第一肋端部定位。内壳、外壳、唇和肋组合地限定了多个流道。内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位。内壳接收被提供到该多个孔的燃料,以使燃料在流道流动并从槽中排出。在另一实施例中,提供了一种形成上述燃料分配器的方法。方法包括挤压模塑第一塑料成分以形成外壳的步骤。外壳包括板片以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘。外壳具有内壁表面和外壁表面。第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,其朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇。注射模塑第二塑料成分以形成第一壳部分,其包括从第一壳部分的外表面向外延伸的多个第一肋部分。注射模塑第三塑料成分以形成第二壳部分,其包括从第二壳部分的外表面向外延伸的多个第二肋部分。将第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳,其中多个第一肋部分与多个第二肋部分相互匹配以形成多个肋。每个肋围绕内壳而部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇临近第一肋端部定位。通过在跨过内壳滑动外壳而将内壳放置在外壳内。内壳、外壳、唇和肋结合地限定出多个流道。内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的方式设置。内壳接收被提供到多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。本发明包括以下方案:方案1.一种用于燃料电池组的燃料分配器组件,该燃料电池组包括多个燃料电池,该燃料分配器包括:包括板片的外壳,所述板片被弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘,外壳具有内壁表面和外壁表面,第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇;以及位于外壳内部的内壳,内壳包括向外延伸并与外壳的内壁表面接触的多个肋,其中内壳、外壳、唇和肋限定多个流道,内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位,内壳接收被提供到所述多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。方案2.如方案1的燃料分配器,其中,内壳由第一壳部分和第二壳部分形成,第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳。方案3.如方案2的燃料分配器,其中,第一壳部分和第二壳部分结合在一起以在燃料分配器的第一端上形成第一密封。方案4.如方案3的燃料分配器,其中,第一壳部分包括第一密封部分,所述第一密封部分具有在其内部的O型环槽,并且第二壳部分包括第二密封部分,以使第一密封部分位于第二密封部分内,以在燃料分配器的第二端上形成第二密封。方案5.如方案3的燃料分配器,其中,第一壳部分包括在第一壳部分端部处的柱子,并且第二壳部分在第二壳部分端部处限定开口,所述柱子位于孔内。方案6.如方案1的燃料分配器,其中,第一壳部分具有第一边缘细部,并且第二壳部分具有第二边缘细部,在第一壳部分附连到第二壳部分时第一边缘细部与第二边缘细部相匹配。方案7.如方案1的燃料分配器,其中,第一边缘细部包括边缘突起和边缘槽,并且第二边缘细部包括边缘凸起和边缘槽。方案8.如方案1的燃料分配器,其中,围绕内壳而部分地延伸的多个肋中的每个肋具有第一肋端部和第二肋端部,以使唇临近第一肋端部定位。方案9.如方案1的燃料分配器,其中,内壳具有多个缺口,并且外壳具有多个槽,在将内壳定位在外壳中时多个缺口与多个槽相匹配。方案10.如方案1的燃料分配器,其中,内壳和外壳均是独立的塑料件。方案11.一种燃料电池组组件,包括方案1的燃料分配器组件。方案12.一种用于燃料电池组的燃料分配器组件,燃料电池组包括多个燃料电池,燃料分配器包括:包括板片的外壳,所述板片弯曲以限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘,外壳具有内壁表面和外壁表面,第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇;以及位于外壳内部的内壳,内壳包括多个肋、第一壳部分和第二壳部分,肋向外延伸并与外壳的内壁表面接触,第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳,每个肋围绕内壳而部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇临近第一肋端部定位,内壳、外壳、唇和肋结合地限定出多个流道,内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位,内壳接收被提供到所述多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。方案13.如方案12的燃料分配器,其中,第一壳部分与第二边缘部分结合在一起以在湿端形成密封。方案14.如方案13的燃料分配器,其中,第一壳部分包括第一箍部分,并且第二壳部分包括第二箍部分,以使第一箍部分位于第二箍部分内以形成密封。方案15.如方案12的燃料分配器,其中,第一壳部分包括第一箍部分,并且第二壳部分包括第二箍部分,以使第一箍部分位于第二箍部分内以形成密封。方案16.如方案12的燃料分配器,其中,第一壳部分具有第一边缘细部,并且第二壳部分具有第二边缘细部,在第一壳部分附连到第二壳部分时第一边缘细部与第二边缘细部相匹配。方案17.如方案12的燃料分配器,其中,第一边缘细部包括边缘突起和边缘槽,并且第二边缘细部包括边缘凸起和边缘槽。方案18.一种燃料电池组组件,包括方案12的燃料分配器组件。方案19.一种形成燃料分配器的方法,所述方法包括:将第一塑料成分挤压模塑以形成外壳,外壳包括板片,所述板片限定出中心纵向腔室、第一纵向边缘和第二纵向边缘,外壳具有内壁表面和外壁表面,第一纵向边缘和第二纵向边缘限定出纵向槽,第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇;以及将第二塑料成分注射模塑以形成第一壳部分,第一壳部分包括从第一壳部分的外表面向外延伸的第一多个肋部分;将第三塑料成分注射模塑以形成第二壳部分,第二壳部分包括从第二壳部分的外表面向外延伸的多个肋部分;将第一壳部分附连到第二壳部分以形成内壳,其中所述第一多个肋部分与第二多个肋部分相互匹配以形成多个肋,每个肋围绕内壳而部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇临近第一肋端部定位;以及通过跨过内壳滑动外壳而将内壳放置在外壳内,内壳、外壳、唇和肋结合地限定出多个流道,内壳具有长度,多个孔沿所述长度以局部螺旋图案的方式定位,内壳接收被提供到所述多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽排出。方案20.如方案19的方法,其中,内壳包括止动件,所述止动件设置内壳在外壳中的相对位置。
附图说明
根据详细描述和附图,本发明的示范性实施例将变得更全面地理解,其中:图1提供了用于结合到燃料电池组中的燃料电池的示意性图示;图2是结合有燃料分配器的燃料电池组的示意性图示;图3是燃料分配器的透视视图;图4是图3的燃料分配器的分解视图;图5A是显示了流道顶部视图的横截面视图;图5B是显示了流道侧视图的横截面视图;图5C是流道的透视视图;图6A和6B是用于图2的燃料分配器的内壳的第一部分的透视视图;图7A和7B是用于图2的燃料分配器的内壳的第一部分的透视视图;图8是配合以形成内壳的图6和7的第一部分的透视视图;图9是配合以形成内壳的图6和7的第二部分的透视视图;图10是图2的燃料分配器的内壳底部的横截面视图;以及图11是显示了图2的燃料分配器的制造的示意性流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明目前优选的组成、实施例和方法,其构成本发明人当前所知实现本发明的最佳模式。附图不需按比例绘出。然而,应当理解所公开的实施例只是本发明的示例,其可以以各种不同的和可替换的方式实施。因此,这里所公开的具体细节并非解释为限制,而只是作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员多方面地采用本发明的代表性基础。除非在实例中或其它地方指出,说明书中表示材料的量或者反应和/或使用的条件的所有数值量应被理解为可被词语“大约”修饰,以描述本发明的最宽范围。在所给的数值限值内陈述的实施一般是优选的。同样,除非明确陈述为相反:百分比、“份数”和比值是指重量;术语“聚合物”包括“低聚物”、“共聚物”、“三元共聚物”、以及类似物;对结合本发明给出目的的适合或优选的一组或一类材料的描述,意味着这一组或类中任意两个或多个成分的混合物也是等价适合或优选的;所提供的任何聚合物的分子量是指数值平均分子量;以化学术语描述的成分是指在加入到说明书中指定的任何组合时的成分,并不需要排除一旦混合时混合成分之间的化学相互作用;首字母缩写或其它缩写的第一次定义被应用于本文所有随后使用的相同缩写,并且应用必要修正以对初始定义的缩写做出常规语法变化;以及,除非有明确的相反指示,对性能的测量是由此前或者之后对涉及同一性能的同一技术来确定的。还应当理解该发明并不局限于下面所描述的具体实施例和方法,具体的部件和/或条件当然是可以改变的。此外,这里所使用的术语只是用于描述本发明的特定实施例,而不是旨在以任何形式限制。还应当注意,如说明书和所附权利要求书中所使用的,单数形式“一”和“该”包括多个指示物,除非上下文清楚地作了相反的指示。例如,涉及单数的部件旨在包括多个部件。贯穿本申请的全文(其在参考了出版物),这些出版物的公开内容的全部在此通过参考而引入本申请,以更全面地描述与本发明相关的现有技术状态。参见图1,提供了结合有纤维板片实施例的燃料电池的示意性横截面。质子交换膜(PEM)燃料电池10包括设置在阴极催化剂层14和阳极催化剂层16之间的聚合物离子传导膜12。燃料电池10还包括流场板18和20、气体通道22和24、以及气体扩散层26和28。在燃料电池运行中,燃料如氢被提供给阳极侧的流场板20,氧化剂如氧被提供给阴极侧的流场板18。由阳极催化剂层16产生的氢离子迁移穿过聚合物离子传导膜12,在此它们在阴极催化剂层14反应生成水。这一电化学过程产生穿过连接到流场板18和20的负载的电流。通常,多个一般如燃料电池10设计的燃料电池组合成燃料电池组。有利地,通过如下所述的流体分配器向流场板18和/或20提供反应气体(即氢气或氧气)。参见图2,提供了具有流体分配器的燃料电池组的示意性图示。燃料电池组30包括多个燃料电池10ⁱ。精确而言,多个燃料电池10ⁱ中的每个燃料电池都具有图1所示的一般性设计。燃料分配器32向多个燃料电池10ⁱ中的每个燃料电池的阴极侧或阳极侧提供第一反应物。参见图3和4,提供了燃料分配器的示意图。图3是燃料分配器的透视视图,而图4是燃料分配器的分解视图。燃料分配器32包括外壳34和内壳36。内壳36和外壳34均是独立的塑料件。外壳34包括板片38,其弯曲以形成中心纵向腔室40、第一纵向边缘42和第二纵向边缘44。外壳34还具有内壁表面46和外壁表面48。第一纵向边缘42和第二纵向边缘44结合地限定纵向槽50。第一纵向边缘朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇52。内壳36位于外壳34内部。内壳36限定了接收原料的内部腔室,并包括多个向外延伸并在内壳36定位于其中时与外壳34的内壁表面46接触的肋54。多个肋中的每一个肋围绕内壳部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇邻近第一肋端部定位。内壳36,外壳34,唇52和肋54结合地限定了多个流道56。表示特性地,内壳56由第一壳部分58和第二壳部分60构成,其在以下更详细描述。第一壳部分58附连到第二壳部分60以形成内壳36,其中多个第一肋部分54¹与多个第二肋部分54²匹配以形成多个肋54。内壳36具有长度l₁,多个孔62沿该长度以局部螺旋图案的形式定位。内壳36接收被提供到多个孔62的燃料,使燃料从内腔流动,并且之后在流道56中流动并从槽50排出以被引入到燃料电池10ⁱ中(图2)。燃料分配器32还包括用于在湿端密封的密封部件64和用于在干端密封的密封部件66。参见图5A、5B和5C,提供了用以形成流道56的内壳36、外壳34、唇52和肋54的示意性图示。肋54和54’限定了流道56的上部和下部表面。内壳36的内壳表面68和内壁表面46形成流道56的侧壁表面。最后,唇52封盖流道56的端部。精确而言,内壳36包括多个缺口70,其当内壳定位在外壳中时与外壳34中的多个槽71相匹配。流f₁由内腔53经孔58进入流道56,并在流道56中向槽50流动。参见图6A、6B、7A、7B和8,提供了由第一壳部分58和内部第二部分60构成的内壳36的组件的示意性图示。第一壳部分58附连到第二壳部分60以形成内壳36。通常,第一壳部分包括边缘细部72和74,其分别与第二边缘部分60的边缘细部76和78相匹配。精确而言,第一边缘细部74和76包括边缘突起,而边缘细部72和78包括边缘槽。参见图2、9和10,提供了燃料分配器的端部特征的示意性图示。图9是燃料分配器32的第一端的密封示意性图示。燃料分配器32包括第一端86和第二端88。在该变型中,第一壳部分58和第二壳部分60结合在一起在燃料电池组的第一端86形成密封84。第一壳部分58包括突起90,其由第二壳部分60的槽92接收以形成密封84。图10提供了在燃料分配器32的第二端88的密封。第一壳部分58包括第一边缘密封部分94,其包括形成于其中的O形环槽96。第二壳部分60包括第二边缘密封部分98。第一密封部分94定位在第二边缘密封部分98中以形成密封100。参见图3-10,提供了用于制造上述燃料分配器的方法。该方法包括步骤a),在该步骤中将第一塑料成分102(例如塑料树脂)挤压模塑以形成外壳34。外壳包括板片以限定出中心纵向腔室40、第一纵向边缘42和第二纵向边缘44。外壳34具有内壁表面46和外壁表面48。第一纵向边缘42和第二纵向边缘44限定出纵向槽50,其朝向纵向腔室向内弯折以形成纵向唇52。在步骤b),将第二塑料成分104注射模塑以形成第一壳部分58,其包括从第一壳部分58的外表面向外延伸的第一多个肋部分54。在步骤c),将第三塑料成分104注射模塑以形成第二壳部分60,其包括从第二壳部分60的外表面向外延伸的第二多个肋部分54²。在步骤d),将第一壳部分58附连到第二壳部分60以形成内壳36,其中第一多个肋部分54¹与第二多个肋部分54²匹配以形成多个肋54。每个肋54围绕内壳36部分地延伸并具有第一肋端部和第二肋端部以使唇52临近第一肋端部定位。在步骤d),通过跨过内壳36滑动外壳34的方式将内壳36放置在外壳内。内壳36、外壳34、唇52和肋54结合地限定出多个流道56。内壳36具有长度l₁,多个孔58沿所述长度以局部螺旋图案的形式定位。内壳36接收被提供到多个孔的燃料,以使燃料在流道中流动并从槽50中排出。虽然本发明的实施例已被示出和描述,其不是意指示出和描述本发明所有可能形式的这些实施例。相反,详细说明中所使用的词语是描述性而非限制性词语,并且理解的是,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以做出各种改变。