可形变的燃料电池气体集流管系统技术方案

一种燃料电池组的集流管系统，在该系统上，可形变的集流管主体（４５）包括一个盘形件，该盘形件具有中央区域（５２）、从该中央区域（５２）的外周向外伸出的侧壁（５４）和至少一个复合折合部分（６０），该复合折合部分包括中央区域折合部分（６２）和侧壁折合部分（６４），前者连接中央区域（５２）的相邻部分，并在中央区域（５２）的两个相对侧边之间延伸，后者邻接侧壁的两个相邻部分。该集流管系统还包括轨道组件（７０），该组件（７０）装在集流管主体（４５）上，并适合于接收销钉（９２），利用该销钉可以将绝缘件连接于集流管组件。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
可形变的燃料电池气体集流管系统相互参考的有关申请本申请是2000年8月11日提出的待审专利申请No.09/636452的部分继续申请。关于联邦资助研究或者发展项目的声明。本专利技术是在美国能源部给予的政府资助下完成的，资助合同号为No.PDI6533。因此，对于本专利技术，政府具有某些权利。专利技术背景本专利技术涉及具有外部集流管的燃料电池组，具体涉及用于将气体输送到燃料电池组端面或者从该端面排出气体的外部集流管系统。燃料电池是一种装置，这种装置可以将形式为燃料(例如，天然气、沼气、甲醇、柴油燃料等)的化学能用电化学反应直接转换成电能。像电池一样，燃料电池包括两个电极，即阳极和阴极。和燃料电池不同，燃料电池只要将燃料和氧化剂分别输送到阳极和阴极便可以产生电能。燃料电池和通用的传统发电工艺(即IC发动机发电装置、气体和蒸汽涡轮机)相比的主要优点是，燃料电池可以不通过燃料燃烧将化学能转变为电能。因此，燃料电池的效率和热机不一样，不受热力学上卡诺循环的限制。这样便使得燃料电池系统的工作效率远比传统发电装置的效率高。由此可以降低燃料的用量和燃料产生的副产物。另外，由于在燃料电池中，化学反应的可控特性和相当低的化学反应温度，所以该系统对于碳氢化合物、一氧化碳、氮的氧化物和硫化物等污染物几乎是零排放。燃料电池通常配置成叠层。燃料电池组包括很多单个的电池，可以分成为集流管装在内部的组件或者集流管装在外部组件。在集流管装在内部的组件中，输送燃气和氧化剂的气体通道本身形成在燃料电池板中。在集流管装在外部的组件中，燃料电池的板在其端部具有开-->口，利用封接在燃料电池组相应端面上的集流管或者盘输送气体。因此集流管形成密封通道，将燃料和氧化剂气体输送到燃料电池，并使这种气流流入组件。由此可以防止气体渗漏到环境中或者渗透到其他集流管中。集流管必须在燃料电池操作和长期使用所要要求的条件下执行这种功能。燃料电池组集流管性能的一个重要方面，是在集流管边缘和组件端面之间形成气体密封。因为组件端面通常是导电的，沿其长度具有电位梯度，而集流管通常用金属制作，所以需要绝缘件，使集流管和燃料电池组绝缘，防止集流管短路组件。绝缘件通常用陶瓷制作，这种陶瓷很容易碎裂；因此在燃料电池组工作期间，集流管作用在组件端面上的压力，或者由于在燃料电池操作期间作用在集流管系统上的热应力或机械应力引起的集流管的其他机械变形，将破坏绝缘件。燃料电池组集流管的其他要求涉及这样的事实，即，燃料电池组在其使用期间，因为电池部件在高温下的蠕动和密度增大，将发生收缩。对于高的燃料电池组(约300个燃料电池或者更多的电池的重叠)，总的高度可能降低2-3英寸。这意味着，连续的金属集流管不能固定在组件的顶端和底端，而必须要能够在操作期间，适应组件尺寸的这种变化。因此，用于将气流引入到燃料电池组的集流管系统必须要有足够的形变量，以便随组件活动，而且还必须保持气密性。另外，如上所述，必须至少部分地吸收组件操作期间，作用在集流管上的应力，从而不至于破坏陶瓷绝缘件。由于操作之前的制造缺陷和操作期间固有的不均匀温度分布，所以高的燃料电池组容易弯曲。在高温下，组件顶部的水平形变相对于组件的底部可以达到约1-2英寸。这样便进一步增加了集流管的受力，为了保持气密性，集流管必须随组件的弯曲而弯曲。燃料电池工作在环境温度以上的温度(聚合物电解燃料电池“PEFC”：工作在约80℃；磷酸燃料电池“PAFC”：工作在约200℃；熔融碳酸盐燃料电池“MCFC”：工作在约650℃；固体的氧化燃料电池“SOFC”：工作在约1000℃；)。因此，选择的材料和机械设计必须-->使得部件能够达到燃料电池组的工作寿命(通常为若干年)。还需要根据这些部件的工作环境考虑到部件的应力和腐蚀。在MCFC和SOFC的情况下，温度相当高，寿命相当长，因而在这些燃料电池设计中，必须考虑到金属部件的长期蠕动。本申请受让人现在用于较高碳酸盐燃料电池组的燃料电池集流管系统是一种如图1A示出的系统，包括沿组件长度配置的固定轨道和盘形集流管主体。绝缘件通常利用半月形键固定于集流管。这种集流管系统由于组件成比例地产生较小弯曲和形变，因此对于较短的组件(约40个燃料电池或者更小燃料电池重叠)，更有效一些。在这种集流管系统中所用的部件用高温耐腐蚀材料制作，例如用镍基合金和不锈钢制作。上述集流管系统还与具有大量不同部件的保持系统配合工作，从而满足将均匀分布的正常负载加在集流管上的要求，该保持系统保持集流管与组件的密封，并允许组件既能收缩也能弯曲。在这种设计中所选用的材料、几何结构的复杂性以及大量的部件使得这种燃料电池成本高、重量大，而且难于组装。另外，现在本申请受让人使用的与集流管系统联用的保持系统设计成完全独立于集流管操作，因而造成使用过多的部件，这增加了成本和重量，并且增加了燃料电池组的复杂性。因此本专利技术的目的是提供一种燃料电池组的集流管系统，该系统可以消除上述缺点。本专利技术的另一目的是提供一种燃料电池组的集流管系统，该系统成本低，不太复杂，而且容易制造的。本专利技术的再一目的是提供一种燃料电池组的集流管系统，该系统可以形变而适应组件的弯曲和收缩，同时可以保持气密性。本专利技术的又一目的是提供一种燃料电池组的集流管系统，该系统包括绝缘的夹具装置，该装置可以减少和消除绝缘件的损坏。本专利技术的又一目的是提供一种燃料电池组的集流管系统，该系统只需少量部件，并可以达到更有效的气体密封。-->专利技术概要按照本专利技术的原理，一种燃料电池组的集流管系统可以实现上述目的和其他目的，该系统包括形状为盘子形状的集流管主体，该主体具有中央区域，该中央区域具有至少一个中央区域折合部分，该折合部分连接中央区域的相邻部分。该盘子具有从中央区域四周边缘伸出的侧壁，该侧壁上具有侧壁折合部分。该集流管系统还包括轨道组件，绝缘件固定于该组件，以便将集流管主体连接于燃料电池组的端面上。每个中央区域折合部分和侧壁折合部分可以使集流管主体与燃料电池组的端面保持密封关系，同时可以弯曲，以配合工作期间燃料电池组几何尺寸的变化。因此，本专利技术的集流管系统可以接纳由于温度变化和部件蠕动引起的燃料电池组的收缩和弯曲，同时可以保持与燃料电池组端面的气密性，并吸收机械和热应变。在下面要说明的本专利技术的实施例中，沿中央区域的长度有许多分开的中央区域折合部分，每个中央区域折合部分从中央区域的平面沿第一指向伸出，在相对两侧邻接相应的侧壁折合部分，该侧壁折合部分从侧壁的平面沿第二指向伸出，该第二指向与第一指向相反，由此形成复合的折合部分。在侧壁的第一部分中包括侧壁折合部分，该第一部分从中央区域沿第一方向从外伸出。该侧壁还包括第二部分，该部分沿第二方向从第一部分伸出。该第二部分形成端面，具有沟槽，该沟槽接着侧壁折合部分，从而接纳这些折合部分。在公开的实施例中，集流管系统还包括轨道组件，该轨道组件固定在集流管主体的四周边缘，包括固定在由侧壁第二部分形成的端面上。该轨道部件至少部分穿过其厚度局部切开，从而在接着复合折合部分的位置形成切口。该轨道组件还适合于用销钉将轨道组件固定在绝缘件上，该绝缘件用于使轨道组件和集流管与燃料电池组绝缘。附图的简要说明在结合附图阅读以下详细说明后，可以明显看出本专利技术的上述特征和方面以及其他的特征和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集流管系统，用于将气体输送到燃料电池组端面或者从该端面引出该气体，该集流管系统包括：盘形集流管主体，该盘形包括一个中央区域具有宽度和长度范围，侧壁从上述中央区域的外周伸出，该中央区域具有至少一个中央区域折合部分，每个中央区域折合部分连接中央区域的两个相邻部分，该相邻部分构成集流管主体的盘子部分。

【技术特征摘要】
US 2002-10-4 10/264,8661.一种集流管系统，用于将气体输送到燃料电池组端面或者从该端面引出该气体，该集流管系统包括：盘形集流管主体，该盘形包括一个中央区域具有宽度和长度范围，侧壁从上述中央区域的外周伸出，该中央区域具有至少一个中央区域折合部分，每个中央区域折合部分连接中央区域的两个相邻部分，该相邻部分构成集流管主体的盘子部分。2.如权利要求1所述的集流管系统，其特征在于，上述中央区域折合部分中每个折合部分沿第一指向和第二指向中一个指向从上述中央区域的平面上伸出。3.如权利要求2所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁包括一个或者多个侧壁折合部分，每个侧壁折合部分邻接中央区域折合部分的一个端部，并连接侧壁的相邻部分。4.如权利要求3所述的集流管系统，其特征在于，每个侧壁折合部分沿上述第一指向和上述第二指向中一个指向相对于上述侧壁的平面伸出。5.如权利要求4所述的集流管系统，其特征在于，每个中央区域折合部分沿上述第一指向伸出，而每个侧壁折合部分沿上述第二指向伸出。6.如权利要求5所述的集流管系统，其特征在于，上述第一指向是向外的，而上述第二指向是向内的。7.如权利要求6所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁具有沿第一方向相对于上述中央区域向外伸出的第一部分和沿第二方向相对于上述中央区域从第一部分伸出的第二部分。8.如权利要求7所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁折合部分位于上述侧壁的上述第一部分上。9.如权利要求8所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁具有槽口，每个槽口位于上述侧壁上述第二部分上的邻接侧壁折合部分的-->位置。10.如权利要求9所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁折合部分中每个折合部分的边缘伸到邻接该侧壁折合部分的槽口，并位于上述侧壁的第二部分的平面内。11.如权利要求4所述的集流管系统，其特征在于，上述中央区域的外周边缘具有第一和第二相对侧边以及第三和第四相对侧边，上述第三侧边连接于上述第一和第二相对边的两个第一相对端部，而第四侧边连接于上述第一和第二侧边的两个第二相对端部，上述侧壁具有第一、第二、第三和第四连接的侧壁部分，这些侧壁部分分别从上述中央区域的第一、第二、第三和第四侧边伸出，每个上述中央区域折合部分在上述中央区域的上述第一和第二侧边之间延伸，第一侧壁部分具有侧壁折合部分，该侧壁折合部分邻接结束于上述中央区域的上述第一侧边部分的每个中央区域折合部分，而第二侧壁部分具有侧壁折合部分，该折合部分邻接结束于上述中央区域上述第二侧边结束的每个中央区域折合部分。12.如权利要求11所述的集流管系统，其特征在于，每个中央区域折合部分沿第一指向伸出，而每个侧壁折合部分沿第二指向伸出。13.如权利要求12所述的集流管系统，其特征在于，上述第一指向是向外的，而上述第二指向是向内的。14.如权利要求13所述的集流管系统，其特征在于，上述第一和第二侧壁部分中的每个侧边部分具有沿第一方向相对上述中央区域向外延伸的第一部分和沿第二方向相对于中央区域从第一部分伸出的第二部分。15.如权利要求14所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁折合部分位于上述第一和第二侧壁部分中每个上述第一部分。16.如权利要求15所述的集流管系统，其特征在于，上述第一和第二侧壁部分中的每个部分具有槽口，每个槽口位于相应第一和第二侧壁部分的上述第二部分中邻接侧壁折合部分的位置。17.如权利要求16所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁折-->合部分中每个折合部分的边缘伸到邻接该侧壁折合部分的槽口，并位于相应第一和第二侧壁部分的第二部分的平面内。18.如权利要求17所述的集流管系统，其特征在于，上述侧壁折合部分中每个折合部分的另一边缘伸向邻接该侧壁折合部分的中央区域折合部分，由此形成复合的折合部分。19.如权利要求18所述的集流管系统，其特征在于，上述中央区域具有许多上述中央区域折合部分。20.如权利要求19所述的集流管系统，其特征在于，上述中央区域折合部分是平行的，上述第一方向倾斜于上述中央区域的平面，而上述第二方向和上述第三和第四侧壁部分垂直于上述中央区域的平面。21.如权利要求20所述的集流管...

【专利技术属性】
技术研发人员：M克拉默，J沙阿，RP哈伊斯，DA凯利，
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]