CN101542792B - 燃料电池装置用模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料电池用模块(1)。该模块，包括层叠状配置的板(2、3)，且至少两枚板(2、3)其一部分通过密封元件(4)而相互结合，至少另一个密封(5)，配置在板(2、3)之间。

Description

燃料电池装置用模块
技术领域
本发明涉及一种燃料电池装置用的模块(module，模组，组件)，包括层叠状配置的板(plate，极板)，且至少两枚板其一部分通过密封元件(sealing element)而相互结合。
背景技术
这种模块在由DE10250434A1所公开的内容中，在组装燃料电池时削减所需的单格电池(单元电池)的个数，且可用非常少的工序数来组装的方面是有利的。此外，不需要固定板的追加措施。其原因在于，是由通过摩擦连接和/或配合连接(嵌合连结)而与板结合的密封元件来进行该固定。板，在这种情况下，可以认为大都形成为双极板，并用于PEM燃料电池。密封元件在这种情况下，常常是在注射模塑成形工艺期间被安装于板。这种情况的缺点在于，因密封元件的收缩工艺，而在板之间产生局部的泄漏，由此存在使得制冷剂液体或者燃料电池气体流出的可能性。或者，密封材料被压入到板间的中间空间内，并因其隔离作用而产生电阻的上升。由于这种密封装置在非破坏的方法中无法看到密封部位，因此品质确保和检查是困难的。
发明内容
本发明的课题在于，提供一种作为燃料电池装置用模块，能够可靠地防止板间的泄漏的部件。
上述课题，是由技术方案1及9的各特征解决的。在从属技术方案中记载了有利的构成。
为了解决上述课题，在各板之间至少再设置另一个密封。本发明，在将两枚板结合为不可拆卸的状态之前，在板的至少一方(至少一个板)安装该密封。根据密封材料和密封几何形状的设计，在将板组合后，可获得符合该密封的规定的紧固。由此能够可靠地获得密封作用，从而抑制板间的泄漏。在本发明的解决方法的情况下，无需以特别高的压力将密封元件的密封材料压入到密封部位。由于密封性已经通过另外一个密封元件而获得。由此防止密封材料溢出到板之间，因而不损害模块的导电性。
在各板的相互对面侧设置多个凹部，并可在这些凹部上，配置上述另一个密封。将这些凹部形成为密封槽，这些槽，可以设置在一方的板上或者双方板的相互对面侧。在这些凹部上，配置上述另一个密封。
这些板，可以形成为组装了冷却装置的双极板。燃料电池单元，特别是PEM燃料电池单元的一个元件，包括配置在两枚双极板之间的离子交换膜。在这种情况下，两个相邻单元的各两枚双极板(元件)，被组成为一个模块。这些双极板具备朝向膜供气的气体供给构造，并通过该供给构造将反应气体引导至膜。朝向另一双极板设置有多个凹部，这些凹部，将液体制冷剂引导至各双极板之间，这样就能够控制燃料电池的动作温度。上述另一个密封，在双极板中，配置在设置有用于冷却装置的凹部的一侧。另外，在这些双极板上设置有多个贯穿口，通过该贯穿口，反应气体和制冷剂在双极板中被引导。上述另一个密封，防止反应气体溢出，或者液体制冷剂泄漏。
上述另一个密封，可以形成为注射模塑成形部件。因此，可以通过注射模塑成形使密封材料进入到上述凹部，同时在该密封的表面实施异形化。这种密封，由弹性材料，例如EPDM或者FKM(氟橡胶)构成是有利的。这些密封，可以简单且便宜地制造。
上述另一个密封，可以形成为粘结结合体。这可以设为由适当的粘接剂构成的粘接剂凸缘(bead，翻边密封垫)，或者由环氧树脂构成的粘结结合体。在这种情况下，通过插入粘结结合体，随后进行紧固，就能够产生两枚板的固定结合。该粘结结合，通过随后进行的热处理就能够最佳化。如果没有对结合的高度的要求，则无需用密封元件再将板彼此进一步结合。
上述另一个密封，可以形成为扁平密封。扁平密封，作为用于静态地结合平面的部件，是一直以来公知的。扁平密封，可以通过材料接合(素材接合)或者摩擦/配合接合而与板结合。
上述另一个密封，可以将表面异形化。表面的异形化，例如为凸缘形、波形、梳状的突起、或者具有凸面/凹面的表面几何形状。这些异形化，在密封部位即使初期紧固力较小也产生接触应力的提高，由此获得密封作用的改善。
上述另一个密封，可以为由O形环构成的密封。O形环也同样，作为用于静态密封的部件，是一直以来公知的密封元件。O形环，被插入到与该O形环适合的槽中并紧固。
在另一实施方式中，一个板具备至少一个突起，该突起与密封元件相邻配置，形成上述另一个密封。该突起，在组合板时与另一个板接触，并在该突起区域产生表面压局部的增加。通过表面压的增加获得在该区域密封性的改善，由此能够防止密封元件的密封材料在注射模塑成形时溢出。这是特别有利的。其原因在于，在密封元件生成后，板被相互固定结合，因而不能对密封部位再作业。可以使该突起形状的另一个密封，与上述另一个密封中的一个进行组合。
在一个板上设置两个圆形环绕的突起，这些突起分别与密封元件相邻配置，能够形成上述另一个密封。由此能够防止密封元件在两个方向都溢出。
这些突起，可以与板为同样材料且形成为一体型。这些突起，可以在成型板时设置。在金属板的情况下，在石墨板的情况下，都能够获得有利的密封作用。
该突起，可以形成为三角形。三角形的突起，特别易于制造且易于分离。另外该突起特别稳定，并产生特别高的表面压。
另一板，具备至少一个与突起相适合(适配)的凹部。由于该方法，能够将这些板相互非常正确地配置因此是有利的。由此，省略注射模塑成形前的板繁杂的定向。由此，板的制造变得更简单且便宜。总是能够将穿过两枚板的孔或者连接元件，非常正确地定向。由于能获得两枚板的配合结合，因此两枚板在接合后相互位置没有移动。
在制造燃料电池模块的本发明方法的情况下，首先制造各板，其次在这些板上配置上述另一个密封，并将两枚板接合，以将密封元件与板结合，在该结合时，是使两枚板相互结合。
附图说明
使用以下附图，详细说明本发明的模块的几个实施例；
图1是本发明的模块的横剖视图；
图2是在外侧周围配置了密封元件的模块；
图3是具备一定横截面的贯穿口的模块；
图4是具备介质流路和多个“另一个密封”的模块；
图5是密封元件形成介质流路内衬的模块；
图6是具备介质流路和多个密封元件的模块；
图7是具备两个与密封元件相邻的突起的模块；
图8是具备两个与密封元件相邻且容纳于矩形槽的突起的模块。
具体实施方式
各图分别表示燃料电池装置用模块，在这些实施例中为PEM燃料电池用的模块1。模块1，由层叠状配置的两枚板2、3构成，这些板其一部分通过密封元件4而相互结合。因此板2、3，具备作成长孔形的贯穿口9，为了形成开口10，这些贯穿口相互错开位置配置。板2、3为石墨双极板(graphite bipolar plate)，分别在相互对面侧具备冷却装置7。冷却装置7由冷却盘管状的凹部构成。在板2、3之间，分别至少再配置另一个密封5。为此在板2、3的相互对面侧设置凹部6，在这些凹部中，配置有上述另一个密封5。以下表示的模块1，分别是一个实施例，然而也可以考虑密封元件4与各种不同的实施例的上述另一个密封5相互组合的其它的实施例。
在制造模块1时，首先制造板2、3。其次，如有必要则在板2、3上施加凹部6，并在该凹部中配置上述另一个密封5。接下来将两枚板2、3接合，将密封元件4与板2、3接合，此时该密封元件4是通过配合结合而将两枚板2、3进行相互结合。分别在板2、3的相互相反侧的面上，各配置一个流路13、14。流路13、14，形成两个相邻的燃料电池单元的阳极13和阴极14。通过流路13、14，向膜(在此未图示)进行反应气体的供给。膜配置在阳极13和阴极14之间。
图1，表示将上述另一个密封5形成为O形环的模块1，在这种情况下，上述另一个密封5配置在板2、3的凹部6中。密封元件4由EPDM构成，或者在另一实施例中由FKM构成，并通过注射模塑成形而配置在贯穿口9中。贯穿口9，位于板2、3的内部具有较小的横截面积。密封元件4具备凸缘(bead)状的突起11。
在图2表示的模块1的情况下，密封元件4配置在板2、3的外侧周围，由此使板2、3配合结合。在该实施例的情况下，上述另一个密封5形成为注射模塑成形部件，该另一个密封5具备异形化的表面8。
图3表示与图1同样的模块1，然而在该构成中，贯穿口9具有一定的横截面。在该实施例的情况下，上述另一个密封5形成为平密封(扁平密封，flat seal)。
图4，表示具有引导反应气体的介质流路12的板。该介质流路12，由密封元件4，和对于冷却装置7的另一个密封5，被分别密封。
图5表示与图4同样的模块1，然而在这种情况下，密封元件4形成介质流路12的内衬。在该实施例中，上述另一个密封5形成为粘结结合体。
图6也表示与图4同样的模块1，然而在该构成中，贯穿口9具有一定的横截面。
图7，表示一个燃料电池装置用模块，在该实施例的情况下为PEM燃料电池用模块1。模块1，由层叠状配置的两枚板2、3构成，这些板，其一部分通过密封元件4相互结合。为此这些板2、3，具备长孔形状的贯穿口9，为了形成开口10，这些贯穿口相互错开位置配置。板2、3是石墨双极板，在相互对面侧具备冷却装置7。冷却装置7，由冷却盘管状的凹部构成。在板2、3之间，分别至少再配置另一个密封5。这些另一个密封5，在该实施例中，由配置在密封元件4的两侧的突起15构成。这些突起，与板3为同样材料且形成为一体型，因此为由石墨制成。突起15形成为圆形环绕的堤坝状。在板2，在密封元件4的两侧各设置一个同样是圆形环绕的凹部16，且这些凹部形成为适合于突起15。
图8，是与图7同样的模块1。在该实施例中，突起15所设置的凹部16形成为矩形的槽。在这种情况下，突起15，在该图中形成为V字形，然而在紧固两枚板2、3时，可以将该突起的材料压入凹部16的内部留出的自由的空间。因此突起15，其高度可以大于凹部16的深度，从而获得特别密封的结合。突起15也可以作成与此不同的形状，在这种情况下，可以将突起15形成为例如半圆形或者抛物线形。

Claims (12)

1.一种模块，是包括层叠状配置的板(2、3)，且至少两枚板(2、3)其一部分通过密封元件(4)而相互结合的燃料电池用模块(1)，其特征在于，
所述板(2、3)具有贯穿孔(9)，
所述贯穿孔(9)在所述板(2、3)的相对面形成有口径比所述贯穿孔(9)大的开口(10)，
所述密封元件(4)通过注射模塑成形而配置在所述贯穿孔(9)中，
在所述板(2、3)之间，至少再压入配置另一个密封(5)，
在上述板(2、3)的相互对面侧设置有凹部(6)，在该凹部中配置有上述另一个密封(5)，
上述板(2、3)形成为组装有冷却装置(7)的双极板，
分别在所述两枚板(2、3)的相互相反侧的面上，各配置一个流路(13、14)，所述流路(13、14)分别形成两个相邻的燃料电池单元的阳极和阴极。
2.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，上述另一个密封(5)形成为注射模塑成形部件。
3.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，上述另一个密封(5)形成为粘结结合体。
4.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，上述另一个密封(5)形成为扁平密封。
5.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，上述另一个密封(5)，具备异形化的表面(8)。
6.根据权利要求1或2所述的模块，其特征在于，上述另一个密封(5)由O形环构成。
7.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，其中一个板(3)至少具备一个突起(15)，该突起与密封元件(4)相邻配置、并且形成上述另一个密封(5)。
8.根据权利要求1所述的模块，其特征在于，其中一个板(3)具备圆形环绕的两个突起(15)，该突起与密封元件(4)相邻配置、并且形成上述另一个密封(5)。
9.根据权利要求7或8所述的模块，其特征在于，上述突起(15)，与板(3)为同样材料且形成为一体型。
10.根据权利要求7或8所述的模块，其特征在于，上述突起(15)形成为三角形。
11.根据权利要求7或8所述的模块，其特征在于，另一个板(2)具备至少一个与上述突起(15)相适配的凹部(16)。
12.一种方法，是制造上述权利要求中的任意一项所述的模块(1)的方法，其特征在于，
制造板(2、3)，
在板(2、3)上，配置上述另一个密封(5)，
接合上述两枚板(2、3)，
将密封元件(4)与板(2、3)结合，
通过该结合使得两枚板(2、3)相互结合，
其中，分别在所述两枚板(2、3)的相互相反侧的面上，各配置一个流路(13、14)，所述流路(13、14)分别形成两个相邻的燃料电池单元的阳极和阴极。
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