燃料电池叠堆的挤压加载系统技术方案

一种挤压系统，与具有第一端和第二端并封装于一个壳体内的燃料电池叠堆一起使用。所述系统包括：连接所述叠堆的第一端和第二端的多个部件；所述叠堆的第一端和第二端附近的压板；靠近所述叠堆第二端的多个挤压组件。各个挤压组件包括因为所述叠堆在使用期限内发生蠕变而对叠堆保持挤压负载并补偿叠堆在各种运行情况下的热膨胀的挤压部件和把各个挤压部件连接于所述多个部件中的一个的连接组件。各个挤压组件至少部分地配置于所述壳体之外，挤压部件安装于所述叠堆壳体外边的第二压板，连接组件用于把各个挤压部件连接到所述多个部件并在所述壳体内与周围空间之间形成气密封。另一压板安装于所述叠堆第一端，位于所述壳体内，弹簧叠的力通过所述多个部件向其施加。两块压板均用柔性材料层与所述叠堆的端板分隔开，所述柔性材料层允许压板弯曲而端板保持平的。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
燃料电池叠堆的挤压加载系统
本专利技术涉及燃料电池，具体地说，涉及挤压平面型燃料电池叠堆的系统。更明确地说，本专利技术涉及在高温燃料电池上保持挤压负载的机械系统。
技术介绍
燃料电池是一种把储存于诸如氢或甲烷之类的燃料内的化学能通过电化反应直接转变为电能的装置。这与首先燃烧燃料产生热再把热转变为机械能最后变成电的传统发电方法不同。使用燃料电池这种更直接的转变方法与传统发电方法相比在提高效率与降低污染发散物这两个方面都具有显著的优越性。一般地说，燃料电池与蓄电池类似有用电池溶液隔开的负极(阳极)和正极(阴极)，电池溶液在两极之间起传导带电离子的作用。然而，燃料电池与蓄电池不同，只要分别向阳极和阴极供应燃料和氧化剂就会不断产生电力。为此要在阳极和阴极附近配置气流场，经过阳极和阴极供应燃料和氧化气体。为了产生的电力达到有用的水平，必须把许多单个的燃料电池串联堆叠起来，各个燃料电池之间放置导电隔板。一般的燃料电池叠堆通常有几百个串联的燃料电池。为了工作正常，叠堆内的所有电池之间必须保持密切接触。在燃料电池叠堆的整个使用期限内，在所有的运行状况下都必须有足够的接触。达到这一要求要考虑的因素包括电池部件的制造公差、电池部件在运行中的不均匀热膨胀和对电池部件导致的叠堆收缩的长期考虑。因此，对于用来挤压燃料电池叠堆的系统有各种各样的要求。所述系统一定要能施加足够的负载以克服电池使用期限的初期的制造公差使电池部件密切接触。所述负载还必须大到足以在运行中防止由于-->叠堆内不可避免的热梯度引起的分层。同时所述挤压负载也不应大到在使用期限内引起过度收缩，因为这会对叠堆的辅助硬件和挤压系统自身所需的随动装置有过分的要求。另一要求是系统不可随着时间的过去而完全松弛以保证到叠堆使用期限的后期仍保持足够的叠堆压力。一般的燃料电池叠堆结构只使用对叠堆施加挤压负载的许多装置中的一种。美国专利4,430,390号说明了一种弹簧部件，位于燃料电池叠堆歧管内，连接于端板并相向挤压所述端板。这种结构对于诸如融态碳酸盐与固态氧化物叠堆之类的高温系统并不理想，因为这种弹簧部件体积需要很大并用特殊的抗腐蚀材料制造以经受高温环境。美国专利4,692,391号对用诸如螺钉或螺杆之类的刚性拉力部件直接连接的端板这种结构作了说明。可是这种系统实际上没有在叠堆收缩时保持叠堆挤压的负载跟踪能力。美国专利5,686,200号对可以用于施加载荷于叠堆内的各个电池的小型，绞线或带状弹簧作了说明。这种结构对于大面积燃料电池并不适合，因为安装所述弹簧的隔板不可能制造得硬到足以保证有足够的负载传递到电池的中央区域。美国专利5,789,091号说明如何使用绕于叠堆周围并拉紧的连续压带。这种方法对有明显的长期蠕变的叠堆有负载跟踪不足的缺点。美国专利5,009,968号专利说明的叠堆挤压系统使用薄端板结构，因而使其厚度方向的温度梯度最小化从而使端板的热变形最小。该专利还说明了在压板与端板之间使用弹性压垫，把端板上的压板内的热变形效应降到最低程度。这种结构的缺点是在这种薄端板构造内电阻过大、电流收集不均匀。美国专利6,413,665号说明了一种由本申请受让人以前使用的叠堆挤压方法，该方法使用刚性系梁横过上端板。刚性系杆连接所述梁及靠近叠堆底部的机械联动装置。所述联动装置把所述系杆连接于一个弹簧组件，所述弹簧组件位于下端板的下面，其方向与所述系杆差不多成直角。因为所述联动装置有许多机械部件，所以这种结构很-->复杂且成本高。本申请受让人以前使用的挤压叠堆的另一种方法使用加压膜盒对叠堆施压。多个大型加压膜盒配置于容纳叠堆的壳体内。所述加压膜盒位于叠堆各端的压板与端板之间。压板用刚性系杆连接在一起，加压膜盒用氮加压从而对叠堆施加载荷。这种系统可靠性比机械系统差，因为甚至最少的气体泄漏也会引起加压膜盒降低压力。加压膜盒也很昂贵，因为必须设计得能经受燃料电池壳体内的高温环境。这种结构的另一缺点是必须安装主动控制输气系统以保证叠堆的挤压负载得以保持。这种结构的再一缺点是对加压膜盒进行任何必要的维修都要打开壳体移开相邻的压板。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服一般燃料电池挤压系统的上述缺点以及其它缺点。本专利技术的另一目的是提供组装和维修容易价格比较便宜的挤压系统。本专利技术的再一目的是提供一种能延长叠堆工作寿命的燃料电池叠堆挤压系统。本专利技术还有一个目的是提供一种与装于壳体内的燃料电池叠堆一起使用，无须打开壳体就可调整挤压力的挤压系统。提供在燃料电池叠堆运行中能适应压板可挠性的挤压系统是本专利技术的另一目的。提供用于水平配置的燃料电池叠堆也可用于垂直配置的燃料电池叠堆的挤压系统是本专利技术的再一目的。上述目的和其它目的是通过本专利技术实现的，本专利技术通过提供具有至少部分位于燃料电池叠堆壳体外的挤压组件的燃料电池叠堆挤压系统克服一般挤压系统的缺点。本专利技术的挤压系统与下述燃料电池叠堆一起使用，所述燃料电池叠堆有封装于壳体内的第一端和第二端，所述壳体有分别面向叠堆的所述第一端、第二端的第一端壁和第二端壁。所述挤压系统包括：位于所述壳体内叠堆的第一端附近的第一压板；位于所述壳体外，紧靠壳体的第二端壁，并面向叠堆的第二端的第二压板；至少一个沿叠堆一面延伸的部件，所述部件各有连接于第一压板的第一端和延伸到壳体的第二端壁的第二端；至少一个挤压组件，各挤压组件连接于一个部件的第二端，所述挤压组件的一部分配置于-->所述壳体的外面。附图说明参照附图阅读下面的详细说明就会更清楚地了解本专利技术的上述特点和情况以及其它特点和情况，附图中：图1是燃料电池叠堆的横断面图，显示了本专利技术的挤压系统；图2是图1所示本专利技术的挤压系统内挤压部件和膜盒式连接器的细部图；图3是图1显示的本专利技术的挤压系统内另一种膜盒滑动-轴密封的细部图；图4是显示用图1的燃料电池叠堆挤压系统一个可能获得的负载曲线图；图5是在图1的挤压系统中用柔软材料把压板跟端板分隔开的细部横断面图；图6是显示现有挤压系统的燃料电池的横断面图，其中承压膜盒通过端板向叠堆施加载荷。具体实施方式图1显示根据本专利技术原理的挤压系统100。所述挤压系统100与整体封装于壳体11内的燃料电池叠堆7一起使用。所述燃料电池叠堆7有第一端7A和第二端7B，分别面向壳体11的第一端壁11A和第二端壁11B。燃料电池叠堆7还在其第一端7A和第二端7B分别有端板8和9。壳体11还包括圆筒形壁11c和位于端壁和圆筒形壁11A-11C内表面的一部分上的绝缘层10。挤压系统100起在运行中叠堆部件发生变化时向燃料电池叠堆7的端板8、9提供挤压力从而使叠堆部件保持电接触的作用。如图所示，挤压系统包括部件或杆3，所述部件或杆3有第一端3A和第二端3B。所述挤压系统还包括第一压板4、第二压板5和挤压组件100A。所述挤压组件100A向杆3施力，而杆3又向压板4施力，迫使叠堆7紧靠压板5，从而挤压叠堆。根据本专利技术的原理，各个挤压组件100A的一部分配置于壳体11-->的外部。压板5也根据本专利技术的原理配置于壳体的外部。更具体地说，压板5，例如用焊接的办法，安装或连接于壳体11的端壁11B的外表面11BA。各个挤压组件100A又包括挤压部件1，它安装于压板的凹部5A内。各个挤压组件还包括连接组件2，连接组件2安装于壳体11的端壁1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为燃料电池叠堆提供挤压力的挤压系统，所述叠堆有第一端和第二端并封装于一个壳体内，所述壳体有第一端壁和第二端壁，所述端壁分别面向所述燃料电池叠堆的所述第一端和第二端，所述挤压系统包括：适合配置于所述壳体之内面向燃料电池叠堆的第一端 的第一压板和适合配置于所述壳体之外紧靠所述壳体的第二端壁并面向燃料电池叠堆的第二端的第二压板；一个或多个部件，各个部件适合在所述壳体内沿所述叠堆的一面延伸并有连接于所述第一压板的第一端和延伸到所述壳体的所述第二端壁的第二端； 一个或多个挤压组件，所述各个挤压组件连接于所述一个或多个部件中的一个另外的部件的第二端并使所述挤压组件至少有一部分配置于所述壳体之外。

【技术特征摘要】
US 2002-12-24 10/329,1161一种为燃料电池叠堆提供挤压力的挤压系统，所述叠堆有第一端和第二端并封装于一个壳体内，所述壳体有第一端壁和第二端壁，所述端壁分别面向所述燃料电池叠堆的所述第一端和第二端，所述挤压系统包括：适合配置于所述壳体之内面向燃料电池叠堆的第一端的第一压板和适合配置于所述壳体之外紧靠所述壳体的第二端壁并面向燃料电池叠堆的第二端的第二压板；一个或多个部件，各个部件适合在所述壳体内沿所述叠堆的一面延伸并有连接于所述第一压板的第一端和延伸到所述壳体的所述第二端壁的第二端；一个或多个挤压组件，所述各个挤压组件连接于所述一个或多个部件中的一个另外的部件的第二端并使所述挤压组件至少有一部分配置于所述壳体之外。2根据权利要求1的挤压系统，其特征在于各个挤压组件与所述一个或多个部件中与其连接的那个部件轴向对准。3根据权利要求1的挤压系统，其特征在于各个所述挤压组件的所述部分包括挤压部件，所述挤压部件对所述一个或多个部件中与所述挤压组件连接的那个部件的第二端施加力。4根据权利要求3的挤压系统，其特征在于各个所述挤压组件还包括连接组件，用于把所述挤压组件的挤压部件连接于所述一个或多个部件中所述挤压组件连接的那个部件的第二端，各个挤压组件的挤压部件和连接组件一起适合于通过施加于所述一个或多个部件中所述挤压组件连接的那个部件第二端的力把挤压力传递到所述第一压板。5根据权利要求4的挤压系统，其特征在于还包括第一柔软材料层和第二柔软材料层，所述第一柔软材料层适合配置于所述燃料电池叠堆的所述第一端板与所述第一压板之间，所述第二柔软材料层适合配置于所述第二端板与所述壳体的第二端壁的内表面之间。-->6根据权利要求4的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接组件的至少一部分适合配置于所述壳体内。7根据权利要求6的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接组件完全配置于所述壳体内。8根据权利要求4的挤压组件，其特征在于各个挤压组件的连接组件和挤压部件互相轴向对准并与所述一个或多个部件中连接于所述挤压组件的那个部件对准。9根据权利要求8的挤压组件，其特征在于各个挤压组件的连接组件的至少一部分适合配置于所述壳体内。10根据权利要求9的挤压组件，其特征在于各个挤压组件的连接组件完全配置于所述壳体内。11根据权利要求4的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接组件包括连接所述一个或多个部件中所述挤压组件所连接的那个部件第二端的连接部件，所述各个连接部件适合在所述一个或多个部件中所述连接部件连接的那个部件由于热膨胀转动时相对于那个部件作轴向和横向移动。12根据权利要求11的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接部件配置于所述壳体内。13根据权利要求12的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接部件适合连接于所述壳体的第二端壁的内表面。14根据权利要求13的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接部件围绕于所述一个或多个部件中被连接部件所连接的那个部件，所述连接部件包括：沿其长度方向隔开的第一片盘和第二片盘；位于所述第一和第二片盘之间的膜盒。15根据权利要求14的挤压系统，其特征在于各个连接部件的第二片盘适合紧靠所述壳体的第二端壁的内表面。16根据权利要求15的挤压系统，其特征在于各个连接部件有第一部分和第二部分，各个连接部件的第二部分适合紧靠所述壳体的第二端壁的内表面。-->17根据权利要求16的挤压系统，其特征在于：各个挤压组件的连接部件在第一部分有第一螺孔，所述一个或多个部件中的与所述连接部件连接的那个部件的第二端拧入该孔；各个挤压组件的连接部件在第二部分有第二螺孔，所述挤压组件的挤压部件的一部分拧入该孔。18根据权利要求16的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接部件适合使得所述一个或多个部件中的与所述连接部件连接的那个部件的第二端可密封穿过所述连接部件以便使所述一个或多个部件中的那个部件的第二端与所述挤压组件的挤压部件连接。19根据权利要求4的挤压系统，其特征在于各个所述挤压部件包括弹簧组件。20根据权利要求19的挤压系统，其特征在于挤压组件的各个弹簧组件与所述一个或多个部件中的与所述挤压组件连接的那个部件对准。21根据权利要求19的挤压系统，其特征在于挤压组件的各个弹簧组件包括：一块固定基板；与所述固定基板隔开的一块吸引板；位于所述固定基板与所述吸引板之间的一个或多个弹簧；延伸穿过所述一个或多个弹簧中心的一根轴，所述轴的第一端连接于所述吸引板，所述轴的第二端与所述挤压组件的连接组件接合。22根据权利要求21的挤压系统，其特征在于各个弹簧组件的固定基板由所述第二压板的凹部形成。23根据权利要求21的挤压系统，其特征在于各个所述弹簧组件包括多个同心弹簧。24根据权利要求23的挤压系统，其特征在于所述多个弹簧中至少有两个在未受压状态下长度不同，从而所述弹簧组件适合向燃料电池叠堆提供非线性减小的挤压负载。25根据权利要求23的挤压系统，其特征在于各个所述弹簧组件包括内弹簧、中间螺旋弹簧和外螺旋弹簧。26根据权利要求25的挤压系统，其特征在于：所述内弹簧是一种贝氏碟形弹簧叠；在未受压状态下的所述贝氏碟形弹簧叠比在未受-->压状态下的所述中间螺旋弹簧和外螺旋弹簧短。27根据权利要求26的挤压系统，其特征在于各个所述弹簧组件包括配置于所述弹簧组件一端或多端的一个或多个分隔部件。28根据权利要求21的挤压系统，其特征在于各个挤压组件的连接组件包括连接部件，所述连接部件有第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分适合分别连接于所述一个或多个部件中所述挤压组件连接的那个部件的第二端和所述挤压组件的弹簧组件的轴的第二端。29根据权利要求28的挤压系统，其特征在于：各个挤压组件的连接组件的连接部件的所述第一部分和第二部分各有一个螺纹部分；所述一个或多个部件中所述挤压组件连接的那个部件的第二端拧入所述连接部件的第一部分的螺纹部分；所述挤压组件的弹簧组件的轴拧入所述连接部件的第二部分的螺纹部分。30根据权利要求29的挤压系统，其特征在于连接部件的各个螺纹部分是所述连接部件的螺孔。31根据权利要求30的挤压系统，其特征在于各个连接部件还包括：分别设在所述连接部件两个对端的第一和第二片盘；安装并配置于所述第一和第二片盘之间的柔性膜盒；所述膜盒适合允许所述连接部件相对于所述一个或多个部件中所述连接部件连接的那个部件和所述连接部件连接的弹簧组件的轴作轴向移动，在所述一个或多个部件中所述连接部件连接的那个部件由于热膨胀而转动时允许所述连接部件相对于所述一个或多个部件中所述连接部件连接的那个部件作横向移动。32根据权利要求31的挤压系统，其特征在于各个所述连接部件的第二部分适合紧靠所述壳体的第二端壁的内表面。33根据权利要求19的挤压系统，其特征在于：各个弹簧组件包括：一块固定基板；与所述固定基板隔开的一块吸引板；位于所述基板与所述吸引板之间的一个或多个弹簧；-->与所述弹簧组件对准的所述一个或多个部件中的那个部件的第二端延伸穿过所述弹簧组件的一个或多个弹簧的中心并连接于所述弹簧组件的吸引板。34根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：S布兰切特，
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]