CN101485030A - 高温燃料电池堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由临时保持装置保持的高温燃料电池堆(10)。根据本发明，该临时保持装置(12－22)由在比高温燃料电池堆(10)的运行温度低的温度下燃烧的塑料构成。本发明还涉及一种用于临时保持高温燃料电池堆(10)的方法以及用于除去高温燃料电池堆(10)的临时保持装置(12－22)的方法。本发明此外还涉及本身已知的塑料元件(12－22)的用途，其作为用于高温燃料电池堆(10)的临时保持装置。

Description

高温燃料电池堆

技术领域

本发明涉及一种由临时保持装置保持的高温燃料电池堆。本发明进一步涉及一种用于临时保持高温燃料电池堆的方法和用于除去高温燃料电池堆的临时保持装置的方法。本发明还涉及塑料构件的特定用途。

背景技术

举例来说，例如为SOFC堆的高温燃料电池堆在限定的约束下被制造或接合。所述约束必须被永久维持。即，在没有足够的约束的情况下，在高温燃料电池堆中所使用且具有微小差异的热胀系数的构件和材料以及例如为850℃的操作和接合温度与冷却状态下的环境温度之间的温度差异产生内部压力，所述内部压力可导致接触层的剥落、密封的破裂以及由此引起的燃料电池堆性能的恶化。约束的永久维持例如可能意味着在高温燃料电池堆的制造过程中、在从加热室(炉)中分解的过程中、在高温燃料电池堆的运输过程中、在高温燃料电池堆在相应系统中的安装过程中、在所述约束转换到最终系统保持装置的过程中、以及在高温燃料电池堆在系统中的运行过程中所述约束都必须被维持。对于这些不同的阶段，用于施加保持力的不同技术是已知的。在高温燃料电池堆的制造过程中，所述约束可以例如通过施加负载而产生。通过DE 103 34 129 A1，可以获知借助于一个或多个致动器的高温燃料电池堆的电力和/或路径受控的接合。如果借助于张紧锚(tie anchors)和弹性元件的永久内部燃料电池堆约束或借助于包括一体化热膨胀机构(参见例如WO 2004102706 A2或CA 2453061 A1)的刚性保持元件的约束被使用，则从在加热室中去除到高温燃料电池堆的运行，所述约束，包括借助刚性保持元件的约束，都可以被使用。但是，高耐热型钢的张紧锚的使用非常昂贵，并且还引发了因蠕变现象而使均匀约束不能被长期保持的危险。用于补偿蠕变现象并且能够承受例如为850℃的高运行(工作)温度的弹性元件同样昂贵或者甚至无法获得。因此，用于补偿蠕变现象的弹性元件通常被布置在高温燃料电池堆的绝缘体的外侧。为此，在许多情况下，需要绝缘体中的开口，这可导致热损失。

通过DE 103 08 382 B3，已经知道首先在加热室中冷却之后采用临时保持装置保持燃料电池堆，然后进行燃料电池堆的绝缘处理，在绝缘体外侧提供最终保持装置，并且然后除去临时保持装置。因此根据DE10308382B3的教导，必须在绝缘体中设置开口以除去临时保持装置，之后相应的孔口被填充绝缘材料。接着可以激活燃料电池堆。这种解决方法是不利的，因为临时保持装置的手工去除和绝缘体中孔口的密封导致成本昂贵并且损害了绝缘体的完整性和功能性。并且，燃料电池堆在临时保持装置的去除过程中极易被损坏。

发明内容

本发明基于消除上述缺陷的目的。

所述目的通过独立权利要求中限定的特征解决。

本发明的有利实施例和进一步的改进将通过从属权利要求变得更为清晰。

根据本发明的高温燃料电池堆基于本领域的普通技术，即临时保持装置由在比高温燃料电池堆的运行温度低的温度下燃烧的塑料构成。得益于该解决方案，可以在提供了优选地处于同时提供的绝缘体外侧的最终保持装置之后，通过高温燃料电池堆的简单激活、优选地通过无残留的燃烧除去临时保持装置。这样，可淘汰掉例如DE 103 08 382 B3中的除去临时保持装置的复杂且冒险的措施。

这里，有利地设计为，塑料包括聚合塑料，尤其是聚丙烯和/或聚乙烯。聚丙烯可以例如具有132℃的熔化温度，而聚乙烯可以具有例如163℃的熔化温度；两种聚合塑料均在更高的温度下燃烧。

在根据本发明的高温燃料电池堆的优选实施例中，设计为临时保持装置包括至少一个塑料螺钉、至少一个塑料螺母、至少一个塑料条带、至少一个塑料管壳、至少一个塑料杆和/或收缩箔片。基本上所有适合于为约束施加所需的力并且在比高温燃料电池堆的运行温度低的温度下燃烧的塑料元件都是可行的。

根据本发明的高温燃料电池堆的优选实施例的优选的另一种改进，设计为高温燃料电池堆包括两个至少大致平行且借助于临时保持装置彼此相向地夹持的端板，并且设计为临时保持装置不突出(伸出)或者仅稍微突出于端板。端板可例如在其拐角部分中设有突出的舌片，所述舌片设有孔，所述孔中的两个分别彼此对齐并且被设计为容纳埋头端的螺钉头。在这种情况下，实际上可以提供高温燃料电池堆的平面顶部和底部，所述平面顶部和底部例如能使多个这样的燃料电池堆无故障地堆叠。

根据本发明的用于临时保持高温燃料电池堆的方法，其特征在于以下步骤：借助于由在比高温燃料电池堆的运行温度低的温度下燃烧的塑料组成的临时保持装置保持高温燃料电池堆。

这样，即为用于除去根据本发明的高温燃料电池堆的临时保持装置的方法的执行提供了基础。

关于用于临时保持根据本发明的高温燃料电池堆的方法，同样优选的是塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

用于除去根据本发明的高温燃料电池堆的临时保持装置的方法，其特征在于以下步骤：激活高温燃料电池堆并且同时燃烧临时保持装置。

利用这种解决方案避免了从DE 103 08 382 B3中获知的除去临时保持装置的冒险的措施。

关于用于除去根据本发明的临时保持装置的方法，同样优选的是该塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

本发明还涉及至少一个塑料螺钉、至少一个塑料螺母、至少一个塑料条带、至少一个塑料管壳、至少一个塑料杆和/或收缩箔片的用途，其作为用于高温燃料电池堆的临时保持装置。

同样在这里优选的是，该塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

附图说明

本发明的优选实施例将参考相关附图通过示例在以下作出说明，其中：

图1是根据本发明的高温燃料电池堆的实施例的透视图，根据本发明的用于临时保持高温燃料电池堆的方法应用于所述高温燃料电池堆，并且所述高温燃料电池堆制备好以用于实施根据本发明的除去临时保持装置的方法；以及

图2a至2e示出了根据本发明的可用作用于高温燃料电池堆的临时保持装置的各种塑料元件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的高温燃料电池堆10的一个实施例的透视图。图示的燃料电池堆以本身已知的方式包括布置在顶端板26和底端板28之间的多个重复的元件24。顶端板26和底端板28在其各自的拐角部分中包括舌片30，所述舌片30设有埋头孔。在图1所示的实施例中，临时保持装置由设有内螺纹的4个管壳12(仅3个可见)和设有埋头端的8个螺钉14(仅6个可见)构成。设有内螺纹的管壳12以及螺钉14都由在比例如为850℃的高温燃料电池堆的运行温度低的温度下燃烧的塑料制成，所述燃烧优选地不产生残留物。所述塑料可例如包括如聚丙烯和/或聚乙烯的聚合塑料。

为了得到图1所示的高温燃料电池堆的状态，首先如例如DE 103 34129 A1中所述的那样，在对其加热的同时使其接合，DE 103 34 129 A1的内容应理解为本发明说明书公开内容的一部分。因此，燃料电池堆在其制造过程中不会如从DE 103 08 382 B3中已知的那样承受由负载施加的预定压力，而是承受由电力致动器产生的预定压力。此外，所述电力致动器可自由选择监测释放路径以及通过压缩力的改变来影响所述释放路径。在接合过程(密封材料的融化以及电触点的接合)期间、冷却至环境温度期间、并且直到约束力转移到在接合和冷却之后被安装的临时保持装置上之前，都使用以这种方式施加的力，所述临时保持装置例如通过实施用于临时保持根据本发明的高温燃料电池堆的方法被安装。

临时保持装置保护燃料电池堆以使其能够安全地从制造地点运输到燃料电池系统中的最终目的地并且被安全地进行装卸。在燃料电池系统中安装完成之后，最终保持装置被提供。它可以本身已知的方式形成，例如DE195 066 690 A1、DE 103 08 382 D3或JP 11007975 A中所说明的那样。尤其优选的是借助于布置在临时保持装置周围的绝缘体所提供的夹紧或约束。

然后可以执行用于除去根据本发明的高温燃料电池堆的临时保持装置的方法。为此，高温燃料电池堆仅需要被激活。在加热到例如为850℃的运行温度的过程中，临时保持装置燃烧并且所需的约束由最终保持装置代为提供。

图2a到2e中示出了可形成临时保持装置的可能的塑料元件。图2a示出了设有内螺纹的管壳。图2b示出了设有外螺纹且具有埋头(螺钉头)的螺钉以及六角形螺母16。图2c示出了形式为商业(民用)捆扎索带18的带状保持元件。由于收缩箔片(薄膜)也可用作为临时保持装置，因此图2d示意性地示出了一片收缩箔片20。最后，图2e中示出了至少在其端部部分设有外螺纹的塑料杆22。

大体上，将塑料用于临时保持装置的应用特别地具有下列优点：由于塑料部件具有很低的弹性模量，并且其提供了通过相应的尺寸变化而施加超过弹性极限的负载并从而设定最大保持力的可能性，因此保持力可得以精确地进行调节。这样，弹簧的使用将不再需要，并且由于过大的保持力造成的损坏得以可靠地避免。此外，由于临时保持装置始终电绝缘并且从而不会造成短路，因此不需要以复杂的方式除去临时保持装置。并且，一旦高温燃料电池堆激活，临时保持装置就会解体并且以气体状态离开系统环境。所述气体(例如，CO₂和H₂O)对环境和燃料电池是无害的。这里，保持力从临时约束到最终约束的转换自动发生，并且不需要另外的手工操作。在从临时约束到最终约束的转换过程中由于手工失误所引起的造成损坏的风险并不存在。如果根据DE 195 066 690 A1、DE 103 08 382 B3或JP11007975 A采用外部最终保持系统，则临时保持装置以及绝缘体中孔口的密封的复杂且昂贵的去除可以被省去。

优选地，根据本发明的高温燃料电池堆没有向上和向下突出的保持元件，因此可以被轻易地安装于系统中。堆叠多个子电池堆(30个电池模块)以构成完整的燃料电池堆(60或90个电池)是可行的且没有问题的。

虽然没有示出，但是在本发明的范围内，临时保持装置也可至少部分地和/或在部分中穿过高温燃料电池堆10的重复元件而延伸。

在上述描述、附图以及权利要求中中所公开的本发明的特征对于独立地以及任意结合地实现本发明都是很重要的。

附图标记清单

10 高温燃料电池堆

12 塑料管壳

14 塑料螺钉

16 塑料螺母

18 塑料条带/塑料捆扎索带

20 收缩箔片

22 塑料杆

24 重复的元件

26 端板

28 端板

30 舌片

Claims (10)

1.一种通过临时保持装置保持的高温燃料电池堆(10)，其特征在于，所述临时保持装置(12-22)由在比所述高温燃料电池堆(10)的运行温度低的温度下燃烧的塑料构成。

2.根据权利要求1所述的高温燃料电池堆(10)，其特征在于，所述塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

3.根据权利要求1或2所述的高温燃料电池堆(10)，其特征在于，所述临时保持装置(12-22)包括至少一个塑料螺钉(14)、至少一个塑料螺母(16)、至少一个塑料条带(18)、至少一个塑料管壳(12)、至少一个塑料杆(22)和/或收缩箔片(20)。

4.根据前述权利要求之一所述的高温燃料电池堆(10)，其特征在于，所述高温燃料电池堆(10)包括两个借助于所述临时保持装置(12-22)彼此相向地保持的至少大致平行的端板(26，28)，并且所述临时保持装置(12-22)不突出或者仅稍微突出于所述端板(26，28)。

5.一种用于临时保持高温燃料电池堆的方法(10)，其特征在于，包括以下步骤：

-借助于由在比所述高温燃料电池堆(10)的运行温度低的温度下燃烧的塑料构成的临时保持装置(12-22)保持所述高温燃料电池堆(10)。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

7.一种用于除去高温燃料电池堆(10)的临时保持装置(12-22)的方法，其特征在于，包括以下步骤：

-激活所述高温燃料电池堆(10)并且同时燃烧所述临时保持装置(12-22)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

9.至少一个塑料螺钉(14)、至少一个塑料螺母(16)、至少一个塑料条带(18)、至少一个塑料管壳(12)、至少一个塑料杆(22)和/或收缩箔片(20)的用途，其作为用于高温燃料电池堆(10)的临时保持装置(12-22)。

10.根据权利要求9所述的用途，其特征在于，所述塑料包括聚合塑料，特别是聚丙烯和/或聚乙烯。

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