一种垫圈，该垫圈由可压缩材料形成并具有第一密封表面和第二密封表面用于提供第一部件和第二部件之间的流体密封，多个内腔设置在邻近所述第一和／或第二密封表面的垫圈内并在所述垫圈的至少一部分的范围内延伸以增加所述第一部分中的垫圈的可压缩性。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及垫圏，特别是用于燃料电池组件的垫圈。
技术介绍
传统的电化学燃料电池把燃料和氧化物转化成电能和反应产物。 一种一般布置的传统燃料电池10如图1所示，为了清晰起见，其以分解形式 图示各个层。固体聚合物离子传送膜11被夹在阳极12和阴极13之间。 一般地，阳极12和阴极13都是由导电的、多孔的材料例如多孔碳形成， 其中粘附有小粒子的铂和/或其他贵金属催化剂。阳极12和阴极13通常直 接粘附到各自邻近的膜11的表面。这种结合通常被称为薄膜-电极组件， 或MEA。把所述聚合体膜和多孔电极层夹在其中的是阳极流体流动场极板14 和阴极流体流动场极板15。中间的垫层12a和13a也可^皮用在阳极流体流 动场极板14和阳极12之间，同样也可被用在阴极流体流动场极板15和 阴极13之间。所述垫层是多孔性的并被制造成以确保往返于所述阳极和 阴极表面的气体有效扩散以及有助于管理水蒸气和液态水。流体流动场极板14、 15是由导电的、非多孔性材料形成，通过该材 料可制作各自的阳极12或阴极13的电触点。同时，所述流体流动场极板 便于流体燃料、氧化剂和/或反应产物传送和/或排放到多孔电极12、 13， 或者从多孔电极12、 13传送和/或排放。这通常是由形成在所述流体流动 场极板的表面中的流体流动通道实现的，其中所述流体流动通道是例如出 现在多孔电极12、 13的表面中的沟或槽。还参照图2(a),流体流动通道的一个传统配置是在具有如图2(a)所示 的进入歧管21和排出歧管22的阳极14 (或阴极15)的一个表面中提供 蛇行结构20。根据传统设计，将理解到所述蛇行结构20包含极板14 (或 15)表面中的通道16,而所述歧管21和22每个都包含穿过所述极板的开 口 ，以使用于传送到所述通道20或者从通道20排出的流体能在正交于所述极板方向上在遍及一 叠极板深度的范围内^皮连通，其中正交于所述极板的方向是如图2(b)所示的A-A上的横截面中的箭头所特别指示的方向。参照图3，在传统的燃料电池组件30中，安装了一叠极板。在该布置 中，相邻的阳极和阴极流体流动场极板以传统方式结合从而形成单个双极 极板31 ，该双极极板31具有在一个面上的阳极通道32和在所述相对面上 的阴极通道32，每个都邻近各自的薄膜-电极组件(MEA) 34。所述进入 歧管开口，进入歧管开口 21和排出歧管开口 22都被覆盖以给所述整个叠 层提供所述进入和排出歧管。虽然为了清晰起见，所述叠层的各个元件被 表示成稍微分离，但是为了本专利技术的目的将认识到可使用密封垫圈将它们 压缩在一起。参照图4，薄膜-电极组件40的阳极面覆盖有绕在其周边的密封垫圈 41。该密封垫圈41包括在MEA 40的阳极面的周边围绕流体入口 44和流 体出口 45的两个开口 42、 43。导电的阳扨i反46 (在如图4b中以虛线轮 廓示出并且为了清晰被稍微分离，但在图4a中被删除以显示下面的结构) 覆盖密封垫圈41。MEA40的阳极面、密封垫圈41和阳极板46 —起限定了流体入口 44 和流体出口 45之间的流体密封体47。所述流体密封体由阳极板46和垫圈 41的不渗透性以及所述MEA的有限渗透性(即基本仅允许离子流动)实 现。该密封体47内放置有一片扩散材料48。该块扩散材料被切成一种形 状，该形状可造成形成被限定在该片扩散材料48的侧边51、 52和垫圏41 之间的一个或者夹层49、 50。更具体地i兌，如图4所示，第一夹层49构 成入口夹层，该入口夹层绕扩散材料的片48的周边侧边51的主要部分 (即，三个侧部的大部分)延伸。第二夹层50构成出口夹层，该出口夹 层绕扩散材料的片48的周边侧边52的较小部分延伸。当所述密封表面一致较平和平行时，厚度和组成均勻的传统垫圈一般 能满足。施加到所述密封表面上的均匀压缩然后能提供足够的密封。然 而，在某些情况下，使用该传统的垫圈不是最佳的。例如，当表面特性比 如其他部件要包含在密封表面时，密封圈的均匀压缩性将引起穿过所述垫 圈的区域的压力不均匀。比如由于表面凸起，密封表面之间距离减小的区 域会受到更高的压力，密封表面之间距离增加的区域比如围绕这些凸起，会受到相应较小的压力。该会降低密封的可靠性和/或功效。并且，传统的 垫圈会在受压时在所述密封区域的边处易于隆起，并使所述垫圈材料移动 到所述密封区域的外部。对于传统的垫圈材料，因此需要高的压力以确保获得足够的密封。特 别是对于薄的垫圈，既然所述垫圈的压缩性降低了，那么要求的压力会甚 至更高。另外，对于密封表面具有更高允许公差的平整度和平行度的要求 会增加。在更高压力下，垫圈也会受到材料蠕变，该蠕变超过一定时间会降低 所述密封效果。热循环也会加重效果的降低。上述问题的一个解决方案是要建立3维设计的垫圈，该垫圈被特别地 形成为以符合那些轮廓表面。然而，这些垫圏是太贵，并且具有可变的厚 度，在某些情况下例如自此所示的例子燃料电池中仍不能提供足够均匀的 密封。另一种解决方案是要增加所述垫圈材料的压缩性，从而适应非均匀的 表面和允许降低密封压力。然而，该垫圈会增加移动到所述密封区域外部 的不希望有的倾向。因此需要一种垫圈，该垫圈能有效地密封非均匀的表面、能降低偏移到所述密封区域外部的倾向、能在较低密封压力下密封以及与3-维设计的 垫圈相比能降低制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能克服现有技术垫圈的一个或多个问题的垫圈。根据第一方面，本专利技术提供一种垫圈，该垫圈由可压缩材料形成并具 有第 一密封表面和第二密封表面用于提供第 一组件和第二组件之间的流体 密封；以及多个内腔，该内腔设置成邻近所述第一和/或第二密封表面并在 所述垫圈的至少第一部分延伸，以增加所述第一部分中的垫圈压缩性。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了一种密封燃料电池的方法，包 含提供一种垫圈，该垫圈由可压缩材料形成并具有第一密封表面和第二 密封表面以及多个内腔，该内腔邻近所述第一和/或第二密封表面并在所述 垫圈的至少第一部分上以增加所述第一部分中的垫圏压缩性；将垫圏定位在流体流动场极板和薄膜-电极组件之间；以及在穿过所述垫圏在流体流动场极板和薄膜-电极组件之间施加压缩压力以提供其中的流体密封。根据第三方面，本专利技术提供了一种燃料电池，其包含薄膜-电极组 件；流体流动场极板；以及才艮据所述第一方面的垫圏。与传统的垫圏相比，本专利技术的优点可包括降低了需要形成密封的总的 施加载荷；改进了所述垫圏在热循环之后保持密封的能力；以及密封在一 个或两个密封表面上的表面凸起周围的能力。附图说明图1表示穿过一部分的传统的燃料电池的示意性横截面视图2(a)和2(b)分别表示图1的燃料电池的流体流动场极板的简化平面和截面碎见图； -图3表示穿过具有双极极板的传统的燃料电池叠层的横截面视图； 图4a表示具有相对于垫圈和流体入口和出口定位的一片扩散材料的阳极配置的平面图，图4b表示线A-A上的截面侧视图； 图5表示本专利技术的垫圈部分的结构的透视图； 图6表示本专利技术的一部分垫圈的横截面视图7表示根据本专利技术的实施例在施加压力情况下的一部分垫圈的横截 面示意图8表示根据本专利技术优选实施例的垫圈内腔的闭室栅格结构的平面视图9表示还具有流体分配通道内腔的根据本专利技术优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种垫圈，该垫圈由可压缩材料形成，并具有第一密封表面和第二密封表面，用于提供第一部件和第二部件之间的流体密封；多个内腔，所述多个内腔设置成邻近所述第一和／或第二密封表面并在所述垫圈的至少第一部分上延伸以增加所述第一部分中的垫圈的可压缩性。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得D胡德，西蒙E福斯特，
申请(专利权)人：智慧能量有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。