燃料电池歧管装置的说明性示例实施例包括自支撑聚合物材料衬里主体，其包括大致平面的主壁和多个侧壁。侧壁分别大致垂直地从主壁延伸。主壁和侧壁上的内表面共同限定腔体。主壁具有一长度和小于该长度的宽度。主壁包括沿主壁在宽度方向上定位的多个肋。该肋在长度方向上彼此间隔开。肋允许衬里主体的一定程度的热膨胀。热膨胀。热膨胀。
【技术实现步骤摘要】
包括自支撑聚合物材料衬里的燃料电池歧管组件
[0001]本申请是申请日为2017年8月17日、申请号为201780051646.4、名称为“包括自支撑聚合物材料衬里的燃料电池歧管组件”的申请的分案申请。
技术介绍
[0002]燃料电池装置基于电化学反应提供电力。一些燃料电池布置使用磷酸作为电解质。这种燃料电池通常被称为磷酸燃料电池(PAFC)。
[0003]燃料电池发电厂通常包括具有多个燃料电池的电池堆组件。歧管可以沿着电池堆组件的至少一侧定位，以便将反应物引导到燃料电池。在一些PAFC中，歧管是碳钢并且必须受保护以免受磷酸的影响。常见的方法包括用全氟烷氧基聚合物树脂(PFA)涂层来静电涂覆歧管盘。虽然这种涂层提供了有用的酸屏障并且用作金属歧管盘上的介电屏障，但是利用这种涂层会产生额外的费用。通常需要多个涂覆和烧结步骤来形成足够厚以成为有效屏障的涂层。
[0004]在美国专利号6，245，454中建议了替代性方法。根据该文献，树脂片可定位在歧管盘的内部，而不是将涂层施加到盘。该方法并非没有困难，因为安装技术可能很麻烦，并且树脂片与歧管盘的尺寸关系必须适应材料的不同热膨胀。
[0005]具有用于燃料电池歧管的耐酸介电层将是有用的，其不具有与先前方法相关的费用或复杂性。
技术实现思路
[0006]燃料电池歧管装置的说明性示例实施例包括自支撑的聚合物材料衬里主体，其包括大致平面的主壁和多个侧壁。侧壁分别大致垂直地从主壁延伸。主壁和侧壁上的内表面共同限定腔体。主壁具有一长度和小于该长度的宽度。主壁包括沿主壁在宽度方向上定位的多个肋。该肋在长度方向上彼此间隔开。肋提供柔性以允许衬里主体的一定程度的热膨胀。
[0007]说明性示例燃料电池歧管组件包括金属歧管盘。为自支撑的聚合物材料衬里包括邻近歧管盘的内部定位的主壁。衬里具有围绕衬里周边的通道，并且歧管的一部分被接纳在通道中。通过歧管盘和衬里中的相应开口接纳反应物导管适配器。反应物导管适配器包括凸缘，该凸缘抵靠衬里的主壁上的内表面被接纳，其中凸缘和内表面之间的界面被密封。反应物导管适配器的另一部分邻近歧管盘的面向与主壁上的内表面相反的方向的外部。
[0008]组装燃料电池歧管装置的说明性示例方法包括邻近金属歧管盘的内部定位自支撑的聚合物衬里，其中歧管盘的边缘至少部分地被接纳在围绕衬里周边的通道中。反应物导管适配器的一部分被插入通过衬里和歧管盘中的开口，直到反应物导管适配器上的凸缘抵靠衬里上的内表面被接纳。凸缘具有大于开口的外部尺寸。然后将凸缘固定到歧管盘，其中衬里位于凸缘和歧管盘之间。当凸缘被固定时，凸缘与衬里之间的界面被密封。
[0009]根据下面的详细描述，至少一个所公开的示例实施例的各种特征和优点对本领域技术人员而言将是显而易见的。伴随着详细描述的附图可以被如下简要描述。
附图说明
[0010]图1示意性地示出了示例燃料电池布置的所选部分，其包括根据本专利技术实施例设计的歧管组件。
[0011]图2示出了根据本专利技术实施例设计的示例歧管组件。
[0012]图3示出了示例歧管盘和自支撑聚合物衬里构型。
[0013]图4示出了示例衬里构型的所选特征。
[0014]图5示出了示例反应物导管适配器。
[0015]图6示出了用于组装示例歧管装置的组装过程的一部分。
[0016]图7示意性地示出了示例组装过程的另一部分。
[0017]图8示出了用于将导管反应物适配器固定在歧管组件内的适当位置的示例紧固件。
具体实施方式
[0018]图1示意性地示出了用于基于电化学反应生成电力的燃料电池发电厂20的所选部分。多个单独的燃料电池以已知的方式组装在电池堆组件22中。沿着电池堆组件22的一侧定位的歧管组件24有助于将反应物提供到燃料电池。另一歧管组件26设置在电池堆组件22的另一侧上。
[0019]参照图2和图3，歧管组件24包括金属歧管盘30，其具有主壁32和从主壁32的边缘大致垂直地延伸的多个侧壁34。主壁32和侧壁34上的内表面限定由金属歧管盘30建立的腔体。主壁32具有开36。
[0020]自支撑聚合物材料衬里40邻近金属歧管盘30的内部被定位。衬里40具有主壁42和从主壁42的边缘大致垂直地延伸的多个侧壁44。在侧壁44的远离主壁42的端部处的唇缘46包括平行于主壁42的一部分和平行于对应侧壁44的一部分。
[0021]侧壁44和唇缘46围绕衬里40的主体的周边建立通道。通道面向与主壁42上的内表面相反的方向。在图2和3中，主壁42的内表面是可见的。在组装状态下，歧管盘30上的侧壁34的至少一部分被接纳在通道中，并且衬里40的主壁42邻近歧管盘30的主壁32被接纳。当衬里40和盘30彼此相邻放置时，主壁42中的开48与开口36对齐。
[0022]衬里40的主体具有长度L和小于长度的宽度W。在一些示例实施例中，长度大于两米(六英尺)。衬里40是自支撑的或独立式的，因为其保持其形状而不依赖于邻近歧管盘30被接纳。该示例中的衬里40由耐酸和耐水蒸气的热塑性聚合物制成。衬里40的聚合物材料在高温下具有良好的强度，是可热成型的，并且相对便宜，使得衬里40以经济的方式在歧管组件24内建立有效的酸屏障。
[0023]可用于衬里40的示例实施例的示例材料是聚苯砜(PPSU)。该材料是有用的，因为它具有良好的耐化学性、良好的高温性能(例如，低膨胀系数和高强度)并且相对便宜。其他实施例包括用于衬里40的材料，诸如聚醚醚酮(PEEK)，聚芳醚酮(PAEK)和聚苯硫醚(PPS)。这种材料优于聚四氟乙烯(PTFE)，因为四氟乙烯不具有足够的高温机械性能。
[0024]示例实施例包括使用诸如垂帘成型的热成型技术来形成衬里40。用于形成衬里40的热成型技术允许快速制造衬里，这节省了时间和制造费用。热成型技术有助于衬里40的自支撑特性。另外，独立式的自支撑衬里40可以在组装过程期间快速且相对简单地与金属
歧管盘30组装。
[0025]如在本说明书中所使用的，术语“自支撑”或“独立式的”意味着衬里具有限定的形状并且衬里主体至少能够保持其自身的形状而不需要另一部件与其紧邻。例如，衬里主体40基于其自支撑特征限定腔体。衬里的自支撑方面包括使侧壁44大致平行于主壁42定位。
[0026]图示的示例衬里40包括多个肋50，其在衬里40的主体上在宽度方向上延伸。该肋50在长度方向上彼此间隔开。在图示的示例中，肋50大约相距六英寸(0.15米)。肋50提供柔性以允许衬里40的主体的一定程度的热膨胀。当衬里40在燃料电池操作期间经受高温时，用于材料膨胀的肋50用以减轻热膨胀效应。肋50还减少了衬里的偏转，否则当暴露于较高的燃料电池操作温度时聚合物的热膨胀会导致发生衬里的偏转。肋50提供衬里40的局部区或区域能够经受一定程度的热膨胀，同时衬里的整体形状保持不变。例如，肋50中的一个或多个可以至少部分地变平，因为与燃料电池操作相关的热导致或引起沿长度方向的热膨胀。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种燃料电池歧管装置，包括自支撑的聚合物材料衬里主体，所述聚合物材料衬里主体包括平面的主壁和多个侧壁，所述侧壁分别从所述主壁垂直地延伸，所述主壁和所述侧壁上的内表面共同限定腔体，所述主壁具有一长度和小于所述长度的宽度，所述主壁包括沿着所述主壁在宽度方向上定位的多个肋，所述多个肋在长度方向上彼此间隔开，所述多个肋提供柔性以允许所述衬里主体的一定程度的热膨胀；其中，所述燃料电池歧管装置包括分别靠近所述侧壁的远离所述主壁的端部的多个唇缘，所述唇缘包括平行于所述主壁的部分和平行于对应侧壁的部分；其中，所述侧壁和所述唇缘建立围绕所述衬里主体的周边的通道，其中，所述燃料电池歧管装置包括金属歧管盘，当在组装状态下时，所述歧管盘上的侧壁的至少一部分被接纳在所述通道中；并且其中所述燃料电池歧管装置还包括：穿过所述主壁的开口；和至少部分地被接纳在所述开口中的反应物导管适配器，所述反应物导管适配器与所述主壁之间的界面通过密封件被密封。2.根据权利要求1所述的燃料电池歧管装置，其中所述通道具有由所述侧壁的至少一部分限定的一侧，所述通道面向与所述主壁的内表面相反的方向。3.根据权利要求2所述的燃料电池歧管装置，其中，所述通道具有靠近所述主壁的一端的第一宽度和靠近所述主壁的相对端的第二较大宽度。4.根据权利要求2所述的燃料电池歧管装置，其中，所述金属歧管托盘的内侧定位成邻近所述衬里主体的所述主壁上的外表面。5.根据权利要求1所述的燃料电池歧管装置，其中，所述反应物导管适配器包括凸缘，所述凸缘抵靠所述主壁的内表面被接纳，其中所述密封件选自所述凸缘的面向所述衬里的主壁的侧面上的单独的垫圈、涂层或材料层中的一者；并且所述凸缘至少部分地围绕穿过所述主壁的开口。6.根据权利要求5所述的燃料电池歧管装置，其包括多个紧固件，所述紧固件将所述凸缘固定到所述主壁。7.根据权利要求5所述的燃料电池歧管装置，其中所述金属歧管盘具有穿过所述金属歧管盘的开口，所述开口与穿过所述衬里主体的所述主壁的开口对齐。8.根据权利要求7所述的燃料电池歧管装置，所述多个紧固件将所述凸缘固定到所述金属歧管盘，且所述主壁的一部分位于所述凸缘与所述金属歧管盘之间。9.一种燃料电池歧管组件，包括：金属歧管盘；为自支撑的聚合物材料衬里，所述衬里包括邻近所述金属歧管盘的内部定位的主壁和多个侧壁，所述主壁具有一长度和小于所述长度的宽度，所述主壁包括沿所述主壁在宽度方向上定位的多个肋，所述多个肋在长度...
【专利技术属性】
技术研发人员：TW小帕特森，KH里奇维，CV诺里，EJ奥布里恩，
申请(专利权)人：斗山燃料电池美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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