PEM燃料电池堆氢分配插入件制造技术

本发明专利技术涉及PEM燃料电池堆氢分配插入件，具体地，公开了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。多个出口形成在第一端和第二端中间处。多个流道形成在中空插入件中，提供进口和出口之间的流体连通，以将流体输送至燃料电池组件的多个燃料电池，其中，每个流道的总流动体积和流阻基本上相同以提供反应气体至燃料电池的基本上同步输送。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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均勻的流动。
技术介绍
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或双极的。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。相反地，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堆的成本并向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。美国专禾U 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。
技术实现思路
与本专利技术兼容且协调地，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，包括具有第一端和第二端的中空插入件，所述中空插入件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；形成在所述第一端和所述第二端中间处的多个出口 ；以及形成在所述中空插入件中的多个流道，其提供所述进口和所述出口之间的流体连通以将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述流道提供了所述流体到所述燃料电池的基本上同步输送。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；第一联接构件，其形成在所述中空插入件的第一端附近，从而促进将所述中空插入件的进口联接到流体供给导管；第二联接构件，其形成在所述中空插入件的第二端附近，从而促进将所述中空插入件联接到所述燃料电池组件；形成在所述第一端和所述第二端中间处的多个出口 ；以及形成在所述中空插入件中的多个流道，其提供所述进口和所述出口之间的流体连通以将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述流道提供了所述流体到所述燃料电池的基本上同步输送。在另一个实施例中，燃料电池组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；第一联接构件，其形成在所述中空插入件的第一端附近，从而促进将所述中空插入件的进口联接到流体供给导管；第二联接构件，其形成在所述中空插入件的第二端附近，从而促进将所述中空插入件联接到所述燃料电池组件；形成在所述第一端和所述第二端中间处的多个出口 ；以及形成在所述中空插入件中的多个流道， 其提供所述进口和所述出口之间的流体连通以将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述流道提供了所述流体到所述燃料电池的基本上同步输送。本专利技术还提供了以下方案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； 形成在所述第一端和所述第二端中间处的多个出口 ；以及形成在所述中空插入件中的多个流道，其提供所述进口和所述出口之间的流体连通以将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述流道提供了所述流体到所述燃料电池的基本上同步输送。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内表面向外延伸，从而在所述中空插入件内形成流道。3.如方案2所述的流体分配插入件，其特征在于，所述流道的每个的总流动体积基本上相等。4.如方案3所述的流体分配插入件，其特征在于，肋形成在所述壁部段的至少一个上，从而沿其长度改变所述流道的截面积。5.如方案1所述的流体分配插入件，其特征在于，所述流道形成在所述中空插入件的外表面中，并且开口形成在所述中空插入件中，其提供所述进口和所述流道之间的流体连通，所述流道的末端部分形成所述中空插入件的出口。6.如方案5所述的流体分配插入件，其特征在于，所述中空插入件的外表面邻接形成所述进口集管的内表面，其中所述流道和所述进口集管的内表面协作以将所述流体引导至邻近所述燃料电池组件的燃料电池的所述流道的末端部分。7.如方案1所述的流体分配插入件，其特征在于，所述中空插入件还包括 套筒，其具有在壁中形成的出口，所述壁形成所述套筒；以及内管，其置于所述套筒内，所述内管包括所述进口和形成在其外表面中的所述流道，形成在所述内管中的开口，所述开口提供所述进口和所述流道之间的流体连通，其中所述套筒的内表面和所述流道协作以将所述流体通过所述流道弓I导至形成在所述套筒中的出口。8.如方案1所述的流体分配插入件，其特征在于，其包括第一联接构件和第二联接构件中的一个，所述第一联接构件形成在所述中空插入件的第一端附近以将所述中空插入件的进口联接到流体供给导管，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；形成在所述第一端和所述第二端中间处的多个出口；以及形成在所述中空插入件中的多个流道，其提供所述进口和所述出口之间的流体连通以将所述流体输送至所述燃料电池组件的多个燃料电池，其中所述流道提供了所述流体到所述燃料电池的基本上同步输送。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：T·D·博古米尔，S·G·格贝尔，G·M·罗布，C·M·克拉斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US