专利名称：Pem燃料电池堆氢分配插入件的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。
发明内容
与本发明兼容且协调地，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。本发明还提供了以下方案
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，所述第二联接构件形成在所述中空插入件的第二端附近以促进将所述中空插入件联接到所述燃料电池组件。9.如方案1所述的流体分配插入件，其特征在于，所述中空插入件由毛细材料形成。10. 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； 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。11.如方案10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。12.如方案11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。
13.如方案10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，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。14.如方案10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。15. 一种燃料电池组件，包括 第一端板和间隔开的第二端板；
置于所述第一端板和所述第二端板之间的多个燃料电池； 进口集管，其与所述燃料电池流体连通用于将反应气体供给到所述燃料电池； 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所述反应气体； 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反应气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反应气体到所述燃料电池的基本上同步输送。16.如方案15所述的燃料电池组件，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。17.如方案16所述的燃料电池组件，其特征在于，所述流道的每个的总流动体积
基本上相等。18.如方案15所述的燃料电池组件，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。19.如方案18所述的燃料电池组件，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反应气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。20.如方案15所述的燃料电池组件，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反应气体通过所述流道引导至形成在所述套筒中的出口。
以上所述的内容以及本发明的其他优点，通过接下来的详细说明、特别是结合之后的附图进行考虑，对于本领域的技术人员来说将会是显而易见的。图1是根据本发明实施例的燃料电池堆的局部透视图，示出了置于燃料电池的进口集管内的配插入件；
图2是图1所示的燃料电池堆端板移除的顶部平面图； 图3是图1所示的分配插入件的放大前部透视图； 图4是沿图3的线4-4剖开的图1所示的分配插入件的放大底部剖视图； 图5是沿图4的线5-5剖开的图1所示的分配插入件的放大剖视立式图，示出了其分隔壁；
图6是沿图4的线6-6剖开的图1所示的分配插入件的放大剖视立式图，示出了其分
隔壁；
图7是沿图4的线7-7剖开的图1所示的分配插入件的放大剖视立式图，示出了其前部段；
图8是根据本发明另一实施例的分配插入件的前部透视图； 图9是图8所示的分配插入件的内管的前部立视图； 图10是图8所示的分配插入件的内管的后部立视图11是根据本发明另一实施例的图8所示的分配插入件的内管的前部透视图；以及图12是图11所示的内管的后部立视图。
具体实施例方式接下来的说明其实质仅仅是示范性的，并不对本发明及其应用或者使用进行限制。应该理解的是在整个附图中，相应的参考标号指代相似的或者相应的部分和特征。图1-2示出了根据本发明实施例的燃料电池组件10。燃料电池组件10包括位于端板14，16之间的多个堆叠的燃料电池12。每一个燃料电池12包括进口开口 18和出口开口 20。燃料电池12与每个燃料电池12的进口开口 18和出口开口 20堆叠，其中每个燃料电池12的进口开口 18和出口开口 20分别与相邻燃料电池12的进口开口 18和出口开口 20大致对齐。每一个燃料电池12的进口开口 18共同地构成进口集管22，每一个燃料电池 12的出口开口 20共同地构成出口集管M。举例说明，进口集管22适于向燃料电池12的多个进口通道23提供来自于燃料源(未示出)的诸如燃料(例如氢)的反应剂流，或者提供来自于氧化剂源(未示出)的氧化剂(例如空气或氧气)。在所示实施例中，进口集管22是阳极进口集管，其提供到燃料电池12的燃料流。端板14包括在其中形成且与所述进口集管22流体连通的进口 26，以及在端板14 中形成且与所述出口集管M流体连通的出口观。进口沈和出口观基本上与相应的进口集管22和出口集管M对齐。端板16可包括通过其中形成的且与进口集管22流体连通的流体通道。应理解的是，压力释放阀、放气阀等例如能够在流体通道中提供以选择性地允许流体流过其中。流体分配插入件30 (更清楚地在图3-7中示出)置于进口集管22内。如所示，分配插入件30为具有第一端32和第二端34的大致中空细长的插入件，其中第一端32置于端板14的进口沈附近，第二端34置于端板16附近。供给导管36提供从燃料源到分配插入件30的第一端32处的进口 38的流体连通。分配插入件30适于提供从供给导管36到进口集管22的流体流程。第一联接构件40形成在分配插入件30的第一端32附近，适于促进将分配插入件 30联接到供给导管36。第一密封构件42 (如0形环)例如能够被提供以促进在第一联接构件40和供给导管36之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第一联接构件(如螺纹联接，卡扣联接，滑动径向密封等)例如能够被提供以促进将分配插入件30联接到供给导管 36。第二联接构件44形成在分配插入件30的第二端34附近，适于促进将分配插入件30 联接到端板16。第二密封构件46 (如0形环)例如能够被提供以促进在第二联接构件44 和端板16之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第二联接构件(如螺纹联接，卡扣联接，滑动径向密封等)例如能够被提供以促进将分配插入件30联接到端板16。还应理解的是分配插入件30能够不带第二联接构件44而形成。进口室48形成在邻近其第一端32的分配插入件30内部。进口室48与分配插入件30的进口 38流体连通。分隔壁50形成在从邻近进口室48纵向延伸至分配插入件30的第二端34的分配插入件30内部。分隔壁50基本上将分配插入件30内部分成图7所示的前部段52和图5所示的后部段M。多个壁构件56形成在前部段52和后部段M中。壁构件56协作以在分配插入件30内部中形成多个流道58、60、62、64、66、68、70、72。流道58、 60、62、64、66、68、70、72的每个提供流程，该流程用于使流体从进口室48通过分配室30内部到分配插入件30外部上的选择位置。在所示实施例中，提供了 8个流道。应理解的是能够提供额外或更少的流道。在所示实施例中，壁构件56基本上是直线型的并且以基本上直角相互邻接。应理解的是，壁构件56能够为曲线型的以及直线型和曲线型组合的部段，从而使邻接的壁构件56之间存在最少的直角以促进流体流经流道58、60、62、64、66、68、70、 72。流道58、60、62、64、66、68、70、72 分别在其一端包括流道进口 58i、60i、62i、64i、 66i、68i、70i、72i，其提供进口室48和相应流道58、60、62、64、66、68、70、72之间的流体连通。在相应流道 58、60、62、64、66、68、70、72 的相对端，流道出口 58o、60o、62o、64o、66o、 68ο,70ο,72ο形成在分配插入件30的外表面中。分隔壁50包括形成在其中的孔径58a、 60a、62a、64a、66a、68a、70a、72a，其通过分隔壁 50 为相应流道 58、60、62、64、66、68、70、72 提供流体连通。在所示实施例中，流道58、60、62、64、66、68、70、72适于提供流程，该流程从流道进口 58i、60i、62i、64i、66i、68i、70i、72i 到相应流道出 Π 58ο、60ο、62ο、64ο、66ο、68ο、 70ο、72ο的长度基本上相等。相应地，邻近分配插入件30的第二端34的具有出口 58ο、60ο、 62ο、64ο、66ο、68ο、70ο、72ο 的流道 58、60、62、64、66、68、70、72 相比邻近分配插入件 30 的第一端 32 的具有出口 58ο、60ο、62ο、64ο、66ο、68ο、70ο、72ο 的流道 58、60、62、64、66、68、70、 72提供了更直接的路程。应理解的是，能够使用具有不同的从流道进口 58i、60i、62i、64i、 66i、68i、70i、72i 到相应流道出口 58o、60o、62o、64o、66o、68o、70o、72o 的总长度的流道。流道58、60、62、64、66、68、70、72具有基本上相等的总流动体积。流道58、60、62、 64、66、68、70、72的截面积沿其长度变化从而提供基本上相等的总流动体积。此外，改变流道58、60、62、64、66、68、70、72的截面积促进在分配插入件30内流道58、60、62、64、66、68、 70,72的布置。流道58、60、62、64、66、68、70、72的基本上相等的总流动体积通过流道58、60、62、64、66、68、70、72的每个提供基本上相等的流体流阻。此外，应理解的是，通过最大化使用分配插入件30的内部体积而最大化流道58、60、62、64、66、68、70、72的总流动体积，这最小化通过其中的流体压降。肋74能够形成在流道58、60、62、64、66、68、70、72内的选择位置处的分配插入件 30的内表面，分隔壁50和壁构件56上。肋74典型地在流道58、60、62、64、66、68、70、72内的位置处形成，在该位置处其截面积大于其他位置处的截面积。当流体流经流道58、60、62、 64、66、68、70、72时，肋74提供希望的流体压降。分配插入件30可例如通过注模成型塑性材料而形成为单体件。应理解的是，分配插入件30可形成为分立件，其例如采用粘结剂、焊接和卡扣联接在一起。另外地，分配插入件30可由适于收集流经其中的流体中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集流体中携带的水的任何其他合适材料。在所示实施例中，分配插入件30的截面形状基本上为D形。应理解的是，分配插入件30的截面形状能够例如基本上为圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、或曲线形和基本上平面表面的组合，其中分配插入件30的截面形状适于被接收在燃料电池组件10的进口集管22内。在使用中，分配插入件30插入进口集管22内以将第二联接构件46接合端板16。 使第一联接构件40密封接合供给导管36以通过供给导管36从燃料源提供燃料流并进入分配插入件30的进口 38。第一联接构件40和第二联接构件44促进将分配插入件30固定在进口集管22内。分配插入件30关于进口集管22定向以邻近燃料电池12的进口通道23 放置流道出口 58o、60o、62o、64o、66o、68o、70o、72o。一个或多个间隔物(未示出)能够在分配插入件30的外表面上形成以维持分配插入件30和到进口通道23的入口之间的间隙，从而促进流体从出口 58o、60o、62o、64o、66o、68o、70o、72o流到与其邻近的进口通道23。当在燃料电池组件10内启动电化学燃料电池反应时，燃料开始从燃料源通过供给导管36流入分配插入件30的进口 38并且被接收在进口室48内。燃料从进口室48通过流道进口 58i、60i、62i、64i、66i、68i、70i、72i 流入相应的流道 58、60、62、64、66、68、70、 72并且流向相应的流道出口 58ο、60ο、62ο、64ο、66ο、68ο、70ο、72ο。燃料流经流道出口 58ο、 60ο、62ο、64ο、66ο、68ο、70ο、72ο进入邻近燃料电池12的进口通道23的进口集管22。流道58、60、62、64、66、68、70、72的基本上相等的流动体积和流经其中的燃料的基本上相等的流体压降导致燃料沿进口集管22的长度的从流道出口 58ο、60ο、62Ο、64Ο、 66ο,68ο,70ο,72ο的燃料的基本上同步初始排放。沿进口集管22的长度的燃料的基本上同步初始排放最小化燃料到燃料电池12的引入之间的时间差。通过最小化燃料到燃料电池 12的引入之间的时间差，燃料电池12中的局部反向电流和相关联的电极碳腐蚀被最小化， 并且通过排气集管的不希望的氢排放被最小化。此外，在当前电化学燃料电池反应期间，通过流道58、60、62、64、66、68、70、72的燃料流动的最小化且平衡的压降促进燃料到燃料电池12的平衡的流动。图8-10示出了燃料电池组件10的分配插入件100的替代实施例。在所示实施例中，分配插入件100为具有内管102并置于套筒136内的大致中空细长的插入件。内管102 包括第一端104和第二端106，其中第一端104置于端板14的进口沈附近，第二端106置于端板16附近。供给导管36提供从燃料源到内管102的第一端104处的进口 108的流体连通。内管102适于提供来自供给导管36经过分配插入件100内部的流体流程。第一联接构件110形成在内管102的第一端104附近，适于促进促进将分配插入件100联接到供给导管36。第一密封构件112 (如0形环)例如能够被提供以促进在第一联接构件110和供给导管36之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第一联接构件(如螺纹联接，卡扣联接，滑动径向密封，等)例如能够被提供以促进将分配插入件100联接到供给导管36。第二联接构件114形成在套筒136的封闭端140附近，适于促进将分配插入件 100联接到端板16。第二密封构件116 (如0形环)例如能够被提供以促进在第二联接构件 116和端板16之间形成基本上流密密封。应理解的是，其他第二联接构件(如螺纹联接，卡扣联接，滑动径向密封，等)例如能够被提供以促进将分配插入件100联接到端板16。还应理解的是，分配插入件100能够不带有第二联接构件114而形成。如图10所示，开口 118形成在内管102的后侧中。开口 118位于内管102中以将开口 118放置在进口集管22长度的基本上中点处。开口 118提供来自内管102的中空内部通过形成内管102的壁的流体流程。内管102的第一部分120被限定在邻近端板14的进口集管22开头和开口 118之间。内管102的第二部分122被限定在开口 118和内管102 的第二端106之间。第一流道IM形成在内管102的第一部分120的外表面中。第一流道 124与开口 118流体连通。第一流道IM基本上平行于内管102的纵向轴线从开口 118朝向其第一端104延伸，并终止于远端126。第二流道1 形成在内管102的第二部分122的外表面中。第二流道1 与开口 118流体连通。第二流道1 基本上平行于内管102的纵向轴线从开口 118朝向其第二端106延伸，并终止于远端130。多个第一分配流道132形成在内管102的第一部分120的外表面中。第一分配流道132与第一流道IM流体连通。第一分配流道132以大致扇形图案从第一流道IM绕内管102的周边延伸，并终止于内管102的前侧，如图9所示。多个第二分配流道134形成在内管102的第二部分122的外表面中。第二分配流道134与第二流道1 流体连通。第二分配流道134以大致扇形图案从第二流道1 绕内管102的周边延伸，并终止于内管102 的前侧。应理解的是，分配流道132、134能够形成为以其他图案从流道124、1观延伸。分配流道132、134提供分别来自第一流道IM和第二流道1 绕内管102的周边的至少一部分的流体流程，其中分配流道132、134的末端部分基本上垂直于内管102的纵向轴线并且沿其长度均勻地间隔开。流道124、1 和分配流道132、134适于提供流程，该流程从开口 118到分配流道132、134的末端部分的总流动体积基本上相等。流道124、1观和分配流道 132、134的截面积能够沿其长度变化以提供基本上相等的总流动体积。流道124、1 和分配流道132、134的基本上相等的总流动体积提供通过流道124、1 和分配流道132、134的每个的基本上相等流体流阻。在所示实施例中，分配流道132、134从相应的流道124、128的一侧延伸。应理解的是，分配流道132、134能够形成为从流道124、128的两侧延伸并绕内管102的周边从与其相反的方向延伸，其中所有分配通道终止于内管102的前侧。还应理解的是，分配流道132、 134的相应的截面积能够变化以提供基本上相等的总流动体积和通过其中的流体流阻。分配插入件100的内管102可例如通过注模成型塑性材料而形成为单体件。应理解的是，内管102能够采用其他工艺和材料形成。还应理解的是，内管102可形成为分立件，其联接在一起以形成内管102。另外地，内管102可由适于收集流体中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集流体中携带的水的任何其他合适材料。套筒136覆盖内管102被接收并围绕至少一部分部分内管102。外套筒136的内表面邻接内管102的外表面并形成其之间的基本上流密密封以最小化外套筒136的内表面和内管102的外表面之间的流体流动。应理解的是，密封构件(未示出，如0形环，垫圈材料和粘结剂)例如能够置于套筒136的内表面和内管102的外表面之间以促进形成基本上流密密封。套筒136覆盖开口 118，流道124、1观和形成在内管102中的分配流道132、134并导致沿流道124、1观和分配流道132、134的长度的流体流动。套筒136的前侧包括形成在壁中的多个出口 138，所述壁形成套筒136。套筒136 关于内管102定向以基本在分配流道132、134的末端部分的顶部上放置出口 138。出口 138 适于提供从分配流道132、134的末端部分通过套筒136进入进口集管22的流体连通。此外，分配插入件100关于进口集管22定向以邻近燃料电池12的进口通道23放置套筒136 的出口 138。应理解的是，套筒136能够从分配插入件100除去，其中进口集管22的内表面邻接内管102的外表面以促进引导流体流经流道124、1观和内管102的分配流道132、134。 一个或多个间隔物(未示出)能够在套筒136或内管102的外表面上形成以维持分配插入件 100和到进口通道23的入口之间的间隙，从而促进流体从分配流道132、134和出口 138流到与其邻近的进口通道23。分配插入件100的套筒136可例如通过注模成型塑性材料而形成为单体件或两个或多个部件，其中部件例如采用粘结剂、焊接和卡扣联接在一起。应理解的是，套筒136能够采用其他工艺和材料形成。另外地，套筒136可由适于收集流体中携带的水的毛细材料形成。应理解的是，毛细材料能够为亲水材料、疏水材料和适于收集流体中携带的水的任何其他合适材料。应理解的是，分配插入件100的截面形状能够例如基本上为圆形、椭圆形、三角形、方形、矩形、或曲线形和基本上平面表面的组合，其中分配插入件100的截面形状适于被接收在燃料电池组件10的进口集管22内。在使用中，分配插入件100插入进口集管22内以将第二联接构件114接合端板 16。使第一联接构件110密封接合供给导管36以通过供给导管36从燃料源提供燃料流并进入分配插入件100的进口 108。第一联接构件110和第二联接构件114促进将分配插入件30固定在进口集管22内。分配插入件100关于进口集管22定向以邻近燃料电池12的进口通道23放置流道出口 134。当在燃料电池组件10内启动电化学燃料电池反应时，燃料开始从燃料源通过供给导管36流入分配插入件100的进口 108。燃料从进口 108通过内管102的内部流入形成在其中的开口 118并且被流道124、1观接收。燃料分别通过流道124、1 流向其远端126、 130并且被分配流道132、134接收。燃料流经分配流道132、134绕内管102的周边，通过套筒136的出口 138流向分配插入件100的前侧并且进入邻近燃料电池12的进口通道23的进口集管22。从出口 118通过流道1对、1沘和内管102的分配流道132、134到套筒136的出口 138的流程的基本上相等的流动体积提供沿其长度进入进口集管22的燃料的基本上同步初始排放。沿进口集管22的长度的燃料的基本上同步初始排放最小化燃料到燃料电池12的引入之间的时间差。通过最小化燃料到燃料电池12的引入之间的时间差，燃料电池12 中的局部反向电流和相关联的电极碳腐蚀被最小化，并且通过排气集管的不希望的氢排放被最小化。图11-12示出了除以下所述之外，类似于图9-10的内管102的根据本发明的其他实施例的图8的分配插入件100的内管200。与图8-10所述重复的相同结构包括具有上撇号(‘)符号的相同附图标记。如所示，一对分配流道202、204形成在内管200的外表面中，其中分配流道202、204分别与流道124'和128'流体连通。分配流道202、204绕内管 200的周边延伸并终止于邻近套筒136的出口 138的内管200的前侧。分配流道202、204 为分枝流道，其中分配流道202、204在沿其长度的四个点处分叉以在内管200的前侧提供总数为三十二(32)个独立通道，如图11所示。应理解的是，分配流道202、204能够分叉以在内管200的四个侧面提供更少或额外的独立通道。分配流道202、204适于提供从118' 到分配流道202、204的末端部分的基本上总流动体积相等的流程。还应理解的是，分配流道202、204的相应截面积能够变化以提供基本上相等的总流动体积和通过其中的流体流阻。在所示实施例中，分配流道202、204适于提供从出口 118'到分配流道202、204的末端的基本上长度相等的流程。应理解的是，能够使用具有从出口 118'到分配流道202、 204的末端的不同总长度的分配流道。内管200的其余结构和使用基本上与本文以上所述的内管102的结构和使用基本上相同。通过前面的描述，本领域技术人员能够容易地确定本发明的基本特征而不脱离其精神和范围，并且进行各种改变和修改以使其适应各种使用和条件。
权利要求
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.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求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.如权利要求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，所述第二联接构件形成在所述中空插入件的第二端附近以促进将所述中空插入件联接到所述燃料电池组件。
9.一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；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。
10. 一种燃料电池组件，包括 第一端板和间隔开的第二端板；置于所述第一端板和所述第二端板之间的多个燃料电池； 进口集管，其与所述燃料电池流体连通用于将反应气体供给到所述燃料电池； 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所述反应气体； 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反应气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反应气体到所述燃料电池的基本上同步输送。
全文摘要
本发明涉及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。
文档编号H01M8/04GK102195053SQ201110064408
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月17日 优先权日2010年3月17日
发明者C·M·克拉斯, G·M·罗布, S·G·格贝尔, T·D·博古米尔 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司