柔顺性集流腔垫片制造技术

一种燃料电池垫片组件，用于借助放置垫片组件在堆垛面和一个集流腔的周边之间与一个燃料电池堆垛一起使用。堆垛面周边包括在堆垛工作时有不同膨胀的周边部分。垫片组件包括一个元件，适合于具有不同的可压缩性越过元件的预定部分和／或一个弹性填隙片埋置在预选段内，从而使垫片保持与堆垛面和集流腔的周边接触。本发明专利技术的垫片组件的结构提供一种柔顺性燃料电池垫片组件，它适应于燃料电池堆垛内双极板生长和末端电池生长，以及保持堆垛和集流腔结构之间的气体密封。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】柔顺性集流腔垫片
本专利技术涉及燃料电池，尤其是涉及一种密封垫片，使用于一个高温燃料电池堆垛和集流腔组件之间，更具体地，本专利技术涉及一种柔顺性垫片，带有一个埋置的弹性填隙片用于保持在燃料电池堆垛端板—双极板界面上的气体密封。
技术介绍
一个普通的燃料电池堆垛典型地具有数百个燃料电池串联在一起，形成数个堆垛面。在一个外部集流腔堆垛内，燃料电池保留在它们的末端开启，以及气体借助密封至燃料电池堆垛相应面的集流腔或盒子传送。集流腔组件被压缩顶住燃料电池堆垛，以防止气体在集流腔和相应的堆垛面之间泄漏，如本申请的受让人所拥有的专利U.S.No.6,413,665所述。集流腔也设有一个集流腔垫片，这种垫片例如，在专利U.S.No.4,467,018公开，用于防止气体泄漏并使燃料电池堆垛与集流腔介电地绝缘。集流腔因此提供密封的通道用于传送燃料和氧化剂气体至燃料电池，以及引导这种气体流到堆垛内。为了保持燃料电池堆垛的性能，集流腔垫片必须在整个堆垛寿命期内连续满意地工作。因此，集流腔垫片必须在燃料电池堆垛工作要求的条件下，以及在堆垛的寿命期内保持密封的有效性。在高温燃料电池堆垛内，上述的要求，即集流腔垫片在整个堆垛寿命期内保持密封的有效性很难满足，这是由于堆垛的环境引起堆垛尺寸和堆垛元件在长期工作时有所改变。这些改变在堆垛燃料电池的双极板和堆垛端板内尤其明显，它们以不同的速率生长，以及因此显示出一个增加的尺寸差异。更具体地说，在一个熔融的碳酸盐燃料电池堆垛内，堆垛的双极板由于渗碳而随时间生长，从而使双极板从典型地存在于堆垛燃料气-->体内的一氧化碳或二氧化碳吸收碳。例如，已经发现，在一种类型的熔融碳酸盐燃料电池堆垛内，每个双极板将生长超过1/10in或其总长度的0.21％，以及超过1/12in或其总长度的0.19(工作时间超过14500h)。在其它类型的熔融碳酸盐燃料电池堆垛内，双极板的生长可以与工作的小时数相比拟。在一个熔融碳酸盐燃料电池内的双极板的上述生长与堆垛端板的生长不匹配。这种生长差异扭曲堆垛的每个端面。尤其是，一个阶梯形过渡产生在一个端板的每个端面和相邻的端电池的双极板的端面之间的界面上。还有，在堆垛的中心，堆垛的端面倾向于鼓凸向外，这是由于与堆垛末端处的双极板比较，在堆垛中部的双极板有增加的生长。图1示出在一个堆垛的一个端板一双极板界面的阶梯形过渡的一个最坏的情况实例。可以看出，在图1内示出的尺度的不同生长将引起邻接堆垛面的集流腔垫片处于应力之下。在堆垛中心由于上述的鼓凸起引附加的应力。这些应力能够导致垫片的失效。已采取措施减小这种应力，这是借助选择双极板用的材料，这些材料显示出减少的生长。然而，这样仅部分地缓和上述情况。因此，本专利技术的一个目的是克服普通的集流腔垫片的上述的和其它的缺点，尤其是消除在燃料电池堆垛工作时在堆垛—集流腔界面处气体密封上的应力。本专利技术的另一个目的是提供一个改进的燃料电池堆垛—集流腔垫片，该垫片适应双极板生长，以及在堆垛工作时保持堆垛面和集流腔之间的气体密封。本专利技术的另一个目的是提供一个密封垫片使用于燃料电池堆垛—集流腔界面，该垫片是可靠的、价廉的和容易制造和安装的。
技术实现思路
上述的和其它的目的可借助本专利技术达到，本专利技术克服了普通的燃料电池堆垛密封垫片的缺点，它借助提供一个柔顺性集流腔垫片，使用于堆垛—集流腔界面。本专利技术的垫片与一个燃料电池堆垛结合使用，-->该燃料电池堆垛具有多个堆垛面，以及放置在一个燃料电池堆垛和一个集流腔的周边之间。燃料电池堆垛面的周边包括多个周边部分，这些周边部分在燃料电池堆垛工作时有不同的膨胀。该垫片包括一个元件，适合具有不同的可压缩性越过元件预定的部分和/或包括一个弹性的填隙片，埋置在元件预选段内，从而使垫片保持与堆垛面和集流腔的周边接触。本专利技术的垫片结构提供一个柔顺性集流腔垫片，该垫片补偿燃料电池堆垛内双极板的生长，以及保持在集流腔—堆垛界面处的气体密封。按照本专利技术的一个燃料电池堆垛包括至少在堆垛的末端电池上的金属(不锈钢)双极板，以及一个柔顺性垫片在堆垛面和集流腔的周边之间。该垫片适合于具有不同的可压缩越过元件的预定的部分和/或一个弹性的填隙片，埋置在元件预选段内。附图说明本专利技术的上述和其它特点和方面在结合附图阅读下列详细说明后将更清楚，附图中：图1是一个燃料电池堆垛的一部分的一个详细的侧视图，示出堆垛末端电池和堆垛的双极板的不同的生长；图2是一个曲线图，示出在一个代表性的400个电池的燃料电池堆垛内双极板的增长；图3A是本专利技术的柔顺性垫片的一个前视图，示出垫片与一个燃料电池堆垛邻接；图3B是图3A的垫片和燃料电池堆垛的一个透视部分图；图4A是通过电池组的端板切取的垫片和燃料电池堆垛的一个细节的横剖面图；图4B是通过堆垛的燃料电池的相应对准的末端切取的图3A的垫片的一个细节部分横剖面图；图5是一个曲线图，描述在一个二氧化硅充填氧化锆垫片材料和一个未充填氧化锆垫片材料内产生的应变与应力的函数关系；图6A是图3A的垫片的一个隅角部分的一个细节图，示出垫片面，-->该垫片面邻接燃料电池组的一个面，且顶垫片层已移开，以使埋置的填隙片可以看见；图6B是沿着图6A的直线6B-6B切取的垫片的一个横剖面图；图7是图3A的垫片的一个透视图，示出整个垫片表面，该垫片表面邻接堆垛，并且垫片材料的顶层已移开，以使埋置的填隙片可以看见；图8是一个曲线图，描述在一个二氧化硅充填的垫片元件上的载荷与双极板生长的函数关系；图9是一个曲线图，描述图3A的垫片内弹性的填隙片在增加的应力下的挠曲；以及图10-12示出图3A的垫片内使用的一个改进的弹性填隙片的各种图形。具体实施方式本专利技术克服了现有技术的燃料电池堆垛—集流腔垫片的上述缺点，它借助在燃料电池堆垛—集流腔界面处使用的一个柔顺性垫片内结合一个元件，该元件具有不同的可压缩性越过它的预定部分和/或具有一个弹性填隙片，该弹性填隙片埋置在元件的预选段。图3A和3B示出按照本专利技术的一个燃料电池堆垛15和一个相关的柔顺性垫片10的视图。垫片10提供一个集流腔用的一个密封，该集流腔放置为与电池组15的堆垛面16成面对的关系，以及其边缘邻接堆垛面的周边。燃料电池堆垛15包括多个燃料电池18，在端板15a和15b之间设置成堆垛的关系。堆垛面16被包括在电池18内的双极板19的端面和端板15a和15b的端面限定。如以上所述，垫片10邻接堆垛面16的周边部分。如图所示，垫片10包括邻接第一和第二周边部分的第一和第二垫片元件20，21，第一和第二周边部分是由端板15a和15b的端面的中心部分形成的。垫片10还包括邻接堆垛面的第三和第四周边部分的第三和第四垫片元件24，25。最后的堆垛面部分是由双极板19的相对的末端的端面部分以及端板15a和15b的端面末端部分形成的。-->在本说明情况下，每个垫片元件20，21，24和25是由一种纤维材料层制造，该纤维材料层是比如例如Zircar ZYF 100的氧化锆毡、氧化铝毡或类似纤维和毡料。垫片元件也可以充填二氧化硅粉末或类似的非金属粉末材料。此外，如以下进一步详细解释，一个弹性填隙片埋置在垫片元件的预选段内在各纤维层之间，并起一个弹簧的作用，在燃料电池堆垛工作时达到垫片的柔顺性。如以上所述，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垫片组件，用于放置在一个燃料电池堆垛面和一个集流腔的周边之间，上述的垫片组件一个或多个不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分；以及一个弹性填隙片设置在上述垫片组件的预选段内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-7-25 10/627,0351.一种垫片组件，用于放置在一个燃料电池堆垛面和一个集流腔的周边之间，上述的垫片组件一个或多个不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分；以及一个弹性填隙片设置在上述垫片组件的预选段内。2.按照权利要求1的垫片组件，其特征在于，上述的燃料电池堆垛具有由燃料电池堆垛的端板的端面部分组成的、相对的第一和第二周边部分，以及由燃料电池堆垛的燃料电池的双极板的端面末端部分组成的、相对的第三和第四周边部分，由于上述双极板膨胀至比上述端板一个较大的程度，上述第三和第四周边部分膨胀至比上述第一和第二周边部分较大的程度，其中上述垫片组件具有上述不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分，并包括一个元件，具有上述垫片组件的上述预定部分，上述元件具有第一和第二部分，适合于面对上述燃料电池堆垛的上述面的上述第一和第二周边部分，以及第三和第四部分，适合于面对上述燃料电池堆垛的上述面的上述第三和第四周边部分，上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。3.按照权利要求2的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一、第二、第三和第四部分是由一种纤维材料的层组成的。4.按照权利要求3的垫片组件，其特征在于，上述纤维材料是氧化锆毡。5.按照权利要求3的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分的上述各层充填一种材料从而引起上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。6.按照权利要求5的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分可以被压缩高达上述第一和第二部分原始厚度的约30-60％的量，以及上述元件的上述第三和第四部分可以被压缩高达上述第三和第四部分原始厚度的约50-80％的量。-->7.按照权利要求6的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一和第二部分的原始厚度为0.208-0.308in，以及上述元件的每个上述第三和第四部分的原始厚度为0.208-0.308in。8.按照权利要求5的垫片组件，其特征在于，上述材料是二氧化硅粉末。9.按照权利要求2的垫片组件，其特征在于，上述垫片组件具有上述弹性填隙片，上述弹性填隙片的各部分埋置在上述元件的上述第一和第二部分内。10.按照权利要求9的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括沿着上述弹性填隙片的多个分段，提供上述弹性至上述弹性填隙片。11.按照权利要求10的垫片组件，其特征在于，上述填隙片的每个上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。12.按照权利要求11的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片具有一个平的主体，以及上述弹性填隙片的上述各分段是由上述平的主体切割而成，从而使上述弹性填隙片的每个上述分段沿着该分段的一边连接至上述平的主体。13.按照权利要求12的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述各分段是沿着上述平的主体长度间隔开，并且上述弹性填隙片的每个上述分段的一边位于上述弹性填隙片的每个上述分段的相同边。14.按照权利要求12的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述各分段设置为与上述平的主体成一个角度θ，并提供柔顺性至上述弹性填隙片。15.按照权利要求11的垫片组件，还包括一个外金属包包容上述弹性填隙片。16.按照权利要求15的垫片组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。17.按照权利要求16的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片-->的上述一边是适合于面对上述燃料电池堆垛内部的一边。18.按照权利要求15的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片和上述外金属包包括一种金属材料。19.按照权利要求9的垫片组件，其特征在于，上述元件的第三和第四部分的两端部适合于面对上述堆垛的上述面的上述第一和第二周边部分，以及上述弹性填隙片的各部分埋置在上述元件的上述第三和第四部分的上述端部内。20.按照权利要求19的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一、第二、第三和第四部分是由一种纤维弹性材料层组成的，以及埋置在上述元件的上述第一和第二部分内的、上述弹性填隙片的各部分设置在上述第一部分和第二部分的纤维弹性材料各层之间，以及埋置在上述元件的上述第三和第四部分的上述两端内的、上述填隙片的各部分设置在上述第三和第四部分的纤维弹性材料各层之间。21.按照权利要求20的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分充填一种材料从而引起上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。22.按照权利要求21的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分可以被压缩高达上述第一和第二部分原始厚度的约30-60％的量，以及上述元件的第三和第四部分可以被压缩高达上述第三和第四部分原始厚度的约50-80％的量。23.按照权利要求22的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一和第二部分的原始厚度为0.208-0.308in，以及上述元件的每个上述第三和第四部分的原始厚度为0.208-0.308in。24.按照权利要求21的垫片组件，其特征在于，上述的材料为二氧化硅粉末。25.按照权利要求21的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括沿着上述弹性填隙片的分段，这些分段提供上述弹性至上述填隙片。26.按照权利要求25的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片-->的每个上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。27.按照权利要求26的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片具有一个平的主体，以及上述弹性填隙片的上述各分段是由上述平的主体切割而成，从而使上述弹性填隙片的上述分段沿着该分段的一边连接至上述平的主体。28.按照权利要求27的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述各分段沿着上述平的主体的长度间隔开，以及上述弹性填隙片的每个上述分段是在上述弹性填隙片的每个上述分段的相同的一边上。29.按照权利要求28的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述分段设置为相对于上述平的主体成一个角度θ，以及提供柔顺性至上述弹性填隙片。30.按照权利要求26的垫片组件，其特征在于，还包括包容上述弹性填隙片的一个外金属包。31.按照权利要求30的垫片组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。32.按照权利要求31的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述一边是适合于面对上述燃料电池堆垛内部的一边。33.按照权利要求30的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片和上述外金属包包括一种金属材料。34.按照权利要求1的垫片组件，其特征在于，上述垫片组件包括一个元件，以及上述弹性填隙片埋置在上述元件内。35.按照权利要求34的垫片组件，其特征在于，上述...

【专利技术属性】
技术研发人员：M法尔克，喻肇宜，D凯利，M克拉默，
申请(专利权)人：燃料电池能有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]