具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构制造技术

本文公开了一种具有改善的气密封闭/密封性的燃料电池隔板的垫片结构。该垫片结构包含第一和第二主线和多个副线。第一和第二主线在隔板的水平方向上分别布置在隔板的反应面和冷却面的不同线上。多个副线在隔板的垂直方向上以一定间距设置在两面上。此处，第一和第二主线与多个副线一体形成用于反应气体和冷却水的出入口，并且在第一和第二主线上形成尺寸均一的空余空间。

【技术实现步骤摘要】
具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构
本专利技术涉及一种具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构。更具体地，涉及一种燃料电池隔板的垫片结构，其可以通过在与燃料电池隔板一体形成的垫片上形成空余空间，以改善流道的气密封闭而不出现垫片毛刺，并且促进各流道中流体的流动。
技术介绍
通常，与通过机械加工或粉末成型而制备的石墨隔板相比，通过例如冲压金属薄板的方法而得到的金属隔板具有显著减少的制造时间和成本的优点。在多个金属隔板串联堆叠的燃料电池中，垫片布置在金属隔板之间，且垫片可以通过注射成型法一体地形成在隔板两面上。在这种情况下，由于燃料电池必须保持反应气体与冷却流体的气密封闭，垫片必须制备为保持工作流体的气密封闭。具有保持气密封闭的垫片的示例性燃料电池隔板已在先由本申请人所提交的韩国专利申请公开第10-2011-0015924公开，在此通过引用的方式合并入本文。如上述公开所示，垫片是一体注射成型在隔板上的燃料电池组件。一体注射在隔板两面上的垫片连续地连接，以形成闭合曲线。同时，在隔板的所有边缘以及歧管(manifold)之间的交界面上形成多个注射孔，以使垫片注射流通过。垫片注射流经由注射孔从隔板的一个面流向另一个面，从而使垫片在隔板的两面上一体地注射成型。更具体地，以下将分别描述图1A和1B所示的一体形成在传统隔板的反应面侧与冷却面侧上的垫片的结构。图1A所示的隔板的反应面10为燃料电池反应发生的位置/区域。歧管20、22和24用作氢气、冷却水和空气的通道，并且位于反应面10上。反应面侧的主线30a通过注射成型形成在反应面10侧，以阻断反应气体和冷却流体的移动。如图1A所示，多个副线32a平行地从主线30a延伸出来并以一定间距分布。从冷却面12(在后面描述)侧引入的氢气经由氢气通道40而向反应面10移动。同时，图1B所示的隔板的冷却面12，是用于除去由化学反应所产生的反应热的部分。用作氢气、冷却水和空气的通道的歧管20、22和24位于冷却面12上。冷却面侧的主线30b通过注射成型形成在冷却面12的一侧，以阻断空气，但分别引入冷却流体和氢气。如图1B所示，多个副线32b平行地从主线30b延伸出来并以一定间距分布。从冷却面12(在后面描述)侧引入的氢气，通过氢气通道40移动至反应面10。在本文中将省略对于冷却水、氢气和空气在流道中的流动以及对隔板的其他部件的详细描述。通过传统注射成型法而制备的垫片具有局限量的气密性。这些局限性将在以下参考图2A和2B进行描述。图2A是示出一体形成在传统隔板上的垫片的结构的视图，图2B是用于制备沿图2A中沿线A-A形成的垫片的模具的截面视图。在图2A中，实线表示的垫片为反应面侧的主线30a和副线32a，点线表示的垫片为冷却面侧(即隔板相对面)上的主线30b和副线32b。在该情况中，设置有反应面侧垫片30a和32a以及冷却面侧垫片30b和32b的区域包括，垫片布置在不同线上的区域50和54以及垫片布置在同一线上的区域52。在上述区域中，垫片布置在同一线且冷却流体流入流出的区域52，通过如图2B中上图所示的布置在隔板上的上垫片模具60a和下垫片模具60b来进行制备。由于大致均匀的注射压P1和P2施加在两个模具上，在垫片注射中不出现任何局限性。然而，垫片不布置在同一线上且反应气体流入流出的区域50和54，通过如图2B中下图所示的设置在隔板上的上垫片模具60a’和下垫片模具60b’进行制备。由于依垫片形状而定的两个模具之间的凹版结构差异，注射压P1’的量级大于注射压P2’的量级。由此，由于局部施加不同的注射压，在图2B下图中箭头所示方向上所施加的压力引起隔板的微小变形，进而使垫片形成毛刺。隔板的变形和垫片上毛刺的形成意味着，反应气体出入口(gate)的附近在结合燃料电池组时不能被均匀地挤压，结果是，燃料电池组中相当一部分的密封较差。此外，在反应气体的出入口区域所形成的毛刺使垫片暴露于由燃料电池运行所产生的湿热环境中。由于垫片由聚合物材料制成且易受温度和湿度影响，由图3所示的传统方法所制备的垫片可能很容易从隔板表面上剥落和扩散开。结果，反应气体的流动受阻，且排水能力可能减弱，从而造成燃料电池的性能和耐久性的迅速下降。相应地，当通过传统方法，尤其是通过注射成型法在金属隔板的表面上一体形成垫片时，可能发生隔板的微小变形和在垫片中生成毛刺。在背景部分中公开的上述信息仅为加深对本专利技术背景的理解，因此可以包括不构成被国内本领域普通技术人员已知的现有技术的内容。
技术实现思路
本专利技术提供一种具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构，其可改进各流道的气密封闭而不出现隔板的轻微变形和垫片上毛刺的生成。本专利技术也通过在燃料电池隔板的需要气密封闭的部分上一体地形成垫片结构而促进各流道中流体的流动。一方面，本专利技术提供具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构，其包含：第一和第二主线，在隔板的水平方向(即隔板的宽度方向)上分别布置在隔板的反应面和冷却面的不同线上；以及多个副线，在隔板的垂直方向(即隔板的长度方向)上，以均一的间距布置在隔板的两面上。第一和第二主线以及多个副线一体地形成反应气体与冷却水的出入口，并在第一和第二主线上形成多个具有均一尺寸的空余空间。在一个示例性实施方式中，空余空间可由分别布置在上模具和下模具中的支承销形成，该上模具和下模具分别用于在反应面侧制备第一主线以及在冷却面侧制备第二主线。在另一示例性实施方式中，支承销可以布置在施加有第一注射压和第二注射压中的较低的一个的区域中，其中第一注射压施加到用于在反应面侧制备第一主线的上模具上，第二注射压施加到在冷却面侧制备第二主线的下模具上。在另一示例性实施方式中，支承销可以设置在上模具与下模具的凹版结构彼此不同的区域中，其中上模具用于在反应面侧制备第一主线而下模具用于在冷却面侧制备第二主线。在另一示例性实施方式中，空余空间可以形成在第一和第二主线与副线的所有交点上。本专利技术的其他方面和示例性实施方式将在下文中说明。附图说明本专利技术的以上和其他特征将参考在附图中加以图示的某些示例性实施方式来详细说明，附图在后面仅以举例说明的方式给出，因而不限制本专利技术，其中：图1A为示出一体形成在传统隔板的反应面侧上的垫片的结构视图；图1B为示出一体形成在传统隔板的冷却面侧上的垫片的结构视图；图2A为示出一体形成在传统隔板上的垫片的结构视图；图2B为用于制备沿图2A中A-A线形成的垫片的模具的截面视图；图3为示出通过传统方法而制备的垫片的形变的视图；图4A和4B为示出具有气密封闭的隔板垫片的结构视图，其中与隔板的反应面一体形成的垫片结构显示在图4A中，与隔板的冷却面一体形成的垫片结构显示在图4B中；图4C为示出用于制备图4A和4B中垫片结构的模具的截面视图；图5A为示出根据本专利技术示例性实施方式的形成在测试例中的垫片的结构视图，该测试例用于比较垫片随空余空间在具有改进气密封闭的隔板垫片结构上的位置而变的性能；图5B为示出用于在各测试例中制备沿图5A中B-B线形成的垫片结构的模具的截面视图；图6A～C为示出具有通过传统方法而制备的垫片的隔板的一部分，以及具有使用图5B中各测试例的模具而制备的垫片的隔板的一部分的视图；以及图7为示出随具有图6所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构，包含：多个第一和第二主线，分别沿所述燃料电池隔板的反应面和冷却面的不同的线，布置在所述燃料电池隔板的水平方向上；以及多个副线，在所述隔板的垂直方向上，以一定间隔布置在所述隔板的两面上；其中，所述第一和第二主线与所述多个副线一体形成用于反应气体和冷却水的出入口，并且在所述多个第一和第二主线上形成尺寸均一的多个空余空间。

【技术特征摘要】
2011.12.29 KR 10-2011-01453731.一种具有改进的气密封闭的燃料电池隔板的垫片结构，包含：多个第一和第二主线，分别沿所述燃料电池隔板的反应面和冷却面的不同的线，布置在所述燃料电池隔板的水平方向上；以及多个副线，在所述隔板的垂直方向上，以一定间隔布置在所述隔板的两面上；其中，所述第一和第二主线与所述多个副线一体形成用于反应气体和冷却水的出入口，并且在所述多个第一和第二主线上形成尺寸均一的多个空余空间，并且其中，所述空余空间形成在所述第一和第二主线与所述副线的所有交点上。2.根据权利要求1所述的垫片结构，其中，所述空余空间通过支承销形成，所述支承销分别布置在用于在所述反应面侧制备所述第一主线的上模具以及用于在所述冷却面侧制备所述第二主线的下模具中。3.根据权利要求2所述的垫片结构，其中，所述支承销布置在施加有第一注射压和第二注射压中的较低的一个压力的区域内，所述第一注射压施加在用于在所述反应面侧制备所述第一主线的所述上模具上，所述第二注射压施加在用于在所述冷却面侧制备所述第二主线的所述下模具上。4.根据权利要求2所述的垫片结构，其中，所述支承销布置在所述上模具与所述下模具的凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈相文，梁酉彰，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：