CN108400350B - 用于板组件中凸肩密封件的加强结构 - Google Patents

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Abstract

一种板组件，包括具有平面部分和形成在其中的第一凸肩密封件的第一板。第一凸肩密封件包括与平面部分隔开的第一端面。第一凸肩密封件包括从第一端面延伸离开并与平面部分接续的第一和第二相反侧面。第一凸肩密封件包括具有多个第一壁的第一加强结构，多个第一壁中的每一个与第一凸肩密封件的第一相反侧面相交。第一板包括形成在其中的第二凸肩密封件。第一凸肩密封件和第二凸肩密封件可以经由第一加强结构连接，使得第一加强结构的多个第一壁每一个与第二凸肩密封件的第三相反侧面相交。

Description

用于板组件中凸肩密封件的加强结构
技术领域
本发明涉及一种用于板组件中凸肩密封件的加强结构。
背景技术
板组件包括但不限于燃料电池，采用保持在一起并被挤压的板堆叠结构。采用凸肩密封件来防止各种板之间的流体泄漏并且限定密封路径。由于密封路径的多处曲率，一些区域的压力变化很大。控制凸肩压力可能是有挑战性的，特别对于极其靠近的两个或三个凸肩密封件。
发明内容
板组件包括具有平面部分和形成在其中的第一凸肩密封件。第一凸肩密封件包括与平面部分隔开的第一端面。第一凸肩密封件包括包括从第一端面延伸离开并与平面部分接续的第一和第二相反侧面。第一凸肩密封件包括第一加强结构。第一加强结构具有多个第一壁，每个壁与第一凸肩密封件的第一相反侧面相交。第一加强结构可具有弓形形状。
第二加强结构可形成在第一凸肩密封件的第二相反侧面上。第二加强结构限定了多个第二壁，每个壁与第二相反侧面相交。第二加强结构在与第一加强结构相反的方向上延伸。第二加强结构限定封闭端。
第一板包括形成于其中的第二凸肩密封件。第二凸肩密封件包括与平面部分间隔开的第二端面。第二凸肩密封件包括从第二端面延伸离开并与平面部分接续的第三和第四相反侧面。第一凸肩密封件和第二凸肩密封件可以经由第一加强结构连接，使得第一加强结构的多个第一壁每一个与第二凸肩密封件的第三相反侧面相交。
第一板可限定多个开口。第一凸肩密封件可围绕多个开口中的一个。第一板包括活性区域，其具有彼此间隔开的多个密封构件。第二凸肩密封件可围绕活性区域和多个开口中的至少两个。第一板可具有限定了第一和第二板边缘的大致矩形形状。活性区域可以位于第一和第二板边缘之间。
第三加强结构可以形成在第二凸肩密封件的第二相反侧面上。第三加强结构可以限定封闭端并且定位为与第一加强结构直接对置。第四和第五加强结构可分别形成在第二凸肩密封件的第三和第四相反侧面上。第四和第五加强结构沿相反的方向从第二凸肩密封件延伸离开，并且其每一个限定相应的封闭端。在第一凸肩密封件和第一加强结构的相交部位处限定第一交叉平面。在第二凸肩密封件和第一加强结构的相交部位处限定第二交叉平面。屏障可以位于第一交叉平面和第二交叉平面中的至少一个上，屏障被构造成防止流体在第一凸肩密封件和第二凸肩密封件之间流动。
第一板可以包括形成于其中的第三凸肩密封件，第三凸肩密封件具有与平面部分间隔开的第三端面。第三凸肩密封件包括从第三端面延伸离开且与平面部分接续的第五和第六相反侧面。以预定的固定间隔重复的多个第六加强结构可以形成在第三凸肩密封件的第五相反侧面上。以预定的固定间隔重复的多个第七加强结构可以形成在第三凸肩密封件的第六相反侧面上。多个第六加强结构中的每一个可以与多个第七加强结构中的另一个对角地定位。
附图说明
通过以下结合附图对用于执行本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
图1是具有带第一凸肩密封件的第一板的板组件的示意性俯视图；
图2是图1的部分2的示意性局部透视图；
图3是图2的部分3的示意性局部的部分透视部分剖视图；及
图4是根据另一个实施例的板组件的示意性局部透视图。
具体实施方式
参考附图，其中相同的附图标记表示相同的部件，图1示意性地示出了板组件10的示意性俯视图。组件10可以是装置11的一部分。装置11可以是燃料电池，其将诸如氢气之类的燃料和诸如氧之类的氧化剂组合起来以产生电力，以便为各种装置(包括车辆)供电。例如，装置11可以是电解器或电化学压缩机系统。设备11可以采取许多不同的形式并且包括多个和/或替代的部件和设施。参考图1，组件10包括具有平面部分14的第一板12(组件10可包括第二板82，下面参考图3进行描述)。第一板12包括形成在其中的多个细长突起，在本文中被称为多个凸肩密封件(bead seals)16。多个凸肩密封件16可以通过冲压工艺形成。
图2是图1的部分2的示意性放大图。参照图1和图2，多个凸肩密封件16包括第一凸肩密封件18、第二凸肩密封件20和第三凸肩密封件22。参照图1，第一板12限定多个开口24。在所示的实施例中，存在第一至第六开口24A-F，但是也可以采用其它数量的开口。第一板12包括多个流动通道28，其构造成引导反应物流过活性区域(active area)26。参考图1，第一板12可以具有基本矩形的形状，限定第一和第二板边缘30、32。活性区域26可以定位在第一和第二组板边缘30、32之间。参考图1，多个流动通道28可限定正弦形状并且可被定位成使得它们各自的最大值部位38和各自的最小值部位40纵向地对齐。可以使用本领域技术人员采用的其他构造。
参考图1，第一凸肩密封件18可以围绕开口24中的一个，诸如第一开口24A。第三凸肩密封件22可以围绕开口24中的另一个，诸如第二开口24B。第二凸肩密封件20可以沿着第一板12的外周边延伸。第二凸肩密封件20可围绕活性区域26和多个开口24中的至少两个，例如第二开口24B和第三开口24C。第二凸肩密封件20可围绕多个开口中的四个(例如开口24B、C、E、F)和活性区域26。第二开口24B被第二凸肩密封件20和第三凸肩密封件22两者包围。应当理解，可以使用本领域技术人员采用的其它配置。
现在参考图1，第一板12包括在第一凸肩密封件18和/或第二凸肩密封件20上的多个加强结构44。多个加强结构44可以通过冲压工艺形成，并有助于平衡第一和第二凸肩密封件18、20的密封表面上的接触压力。参考图2，示出了第一、第二、第三、第四和第五加强结构R1、R2、R3、R4和R5。由于密封路径(由第一和第二凸肩密封件18、20限定)的多个曲率，一些区域呈现低压。可以观察到大的压力变化，特别是在两个或三个凸边密封件靠得很近的情况下，因为凸肩压力受相邻凸肩的影响。多个加强结构44中的每一个有助于消除低压点、改善接触压力均匀性并增加凸肩刚度。各自的密封路径保持不变。
图3是图2中的部分3的示意图。参照图2-3，第一凸肩密封件18包括与第一板12的平面部分14间隔开的第一端面46。第一凸肩密封件18包括从第一端面46延伸离开并与平面部分14接续的第一和第二相反侧面48、50。参考图3，第一加强结构R1具有多个第一壁52，每个壁52与第一凸肩密封件18的第一相反侧面48相交。多个第一壁52包括封闭的顶部表面53(在本文中被称为加强表面53)和加强侧面55，如图3所示。参考图3，第二凸肩密封件20包括与平面部分14间隔开的第二端面54。第二凸肩密封件20包括从第二端面54延伸离开并与平面部分14接续的第三和第四相反侧面56、58。第一加强结构R1的加强表面53距平面部分14的高度比第一端面46距平面部分14的高度低，加强面53不与密封表面接触。第一端面46距平面部分14的高度与第二端面54距平面部分14的高度相同。而且，第三凸肩密封件22距平面部分14的高度与第一端面46以及第二端面54距平面部分14的高度相同。第一端面46和第二端面54与MEA(未示出)接触并承受挤压载荷。
参考图3，第一加强结构R1可连接第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20，使得(第一加强结构R1的)多个第一壁52的每一个与第二凸肩密封件20的第三相反侧面56相交。参考图2，第一加强结构R1可具有弓形形状。参考图2，另外的加强结构60和第一加强结构R1可以连接第一和第二凸肩密封件18、20，并且在基本垂直于第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20中的至少一个的方向上延伸。在第一和第二凸肩密封件18、20彼此不平行的情况下，第一加强结构R1包括弯曲的中间部分。
参考图2-3，在第一凸肩密封件18和第一加强结构R1的相交部位处限定第一交叉平面62。在第二凸肩密封件20和第一加强结构R1的相交部位处限定第二交叉平面64。参考图3，屏障66可以定位在第一交叉平面62和第二交叉平面64中的一个或两个处，并且构造成防止第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20之间的流体流动。屏障66可以由弹性体、金属或其他材料构成。可代替地，第一交叉平面62和第二交叉平面64可以打开以允许流体在第一凸肩密封件18与第二凸肩密封件20之间流动。
参考图1-3，第二加强结构R2可以形成在第一凸肩密封件18的第二相反侧面50上。第二加强结构R2限定多个第二壁72，包括加强表面73和加强侧面75，其每一个在近端处与第二相反侧面50相交。多个第二壁72可以连接在一起以在末端限定封闭端。第二加强结构R2的加强表面73距平面部分14的高度低于第一端面46距平面部分14的高度，并且加强表面73不与密封表面接触。第二加强结构R2可以在与第一加强结构R1相反的方向上延伸。参考图2-3，第三加强结构R3可以形成在第二凸肩密封件20的第四相反侧面58上。第三加强结构R3的顶部表面距平面部分14的高度低于第二端面54距平面部分14的高度，并且顶部表面不与密封表面接触。第三加强结构R3可限定封闭端，并定位为与第一加强结构R1直接对置(directly across)。第三加强结构R3具有与上述第二加强结构R2类似的结构。
参考图2，第二凸肩密封件20可以包括分别形成在第三和第四相反侧面56、58上的第四和第五加强结构R4、R5。第四和第五加强结构R4，R5彼此直接对置。第四和第五加强结构R4，R5沿从第二凸肩密封件20离开的相反方向延伸，其每一个限定封闭端。以类似于第四和第五加强结构R4，R5的方式，第一凸肩密封件18和/或第三凸肩密封件22可包括彼此直接对置的加强结构。
参考图2，第三凸肩密封件22包括与平面部分14间隔开的第三端面76。第三凸肩密封件22包括从第三端面76延伸离开并与平面部分14接续的第五和第六相反侧面78、80。参考图2，第三凸肩密封件22可包括在第五相反侧面78上以预定的固定间隔重复的多个第六加强结构R6。第三凸肩密封件22可包括在第六相反侧面80上以预定的固定间隔重复的多个第七加强结构R7。
多个第六和第七加强构件R6、R7减小第三凸肩密封件22的中心处的凸肩压力。多个第六加强结构R6中的每一个可以定位为与多个第七加强结构R7中的另一个对角对置(即，斜对角)。换句话说，多个第六和第七加强构件R6、R7不彼此直接对置。这种对角定位实现了压力分布的进一步均匀性。以类似于第六和第七加强结构R6、R7的方式，第一凸肩密封件18和/或第二凸肩密封件20可以包括对角定位加强结构。
参考图3，组件10可以包括第二板82，第二板82具有多个第二凸肩密封件84，多个第二凸肩密封件84是多个凸肩密封件16的镜像，并且构造成防止第一板12和第二板82之间的流体泄漏。应该理解，组件10可以包括任何数量的板，如单极或双极板。第一板12的外表面可限定用于输送氧化剂反应物的流动路径，而第二板82的外表面可限定用于输送氢反应物的流动路径(或反过来设置也可以)，以产生电力。第一和第二板12、82可以是被挤压并保持在一起的上百块板的堆叠结构(未示出)中的一部分。
参考图4，组件10可以包括第八加强结构R8，第八加强结构R8在第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20附近(或与之邻近地)从平面部分14突出。第八加强结构R8不直接与第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20接续，而是设置在第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20之间。由于第八加强结构R8位于彼此不平行的第一凸肩密封件18和第二凸肩密封件20之间，因此第三加强结构R8具有大致三角形的形状。
第八加强结构R8包括与平面部分14间隔开的顶部表面90，面对并沿着第一凸肩密封件18的第一相反侧面48延伸的第一侧面92，及面对并沿着第二凸肩密封件20的第三相反侧面56延伸的第二侧面94。顶表面90包括凹陷或凹入部分91。凹入部分91改善了加强结构R8的刚度。
第一侧92被形成为沿着第一侧面92所面对的波状的第一凸肩密封件18(第一相反侧面48)的弯曲部分具有弓形或凹形(弯曲形状)。第一侧面92与顶部表面90和平面部分14接续。第二侧94被形成为沿着第二侧面94所面对的波状的第二凸肩密封件20(第三相反侧面56)的弯曲部分具有弓形或凹形(弯曲形状)。第二侧面94与顶部表面90和平面部分14接续。
此外，在第一侧面92所面对的波状的第一凸肩密封件18的部分具有与第八加强结构R8隔开的凹入形状的情况下，第一侧面92优选地可具有朝向第一凸肩密封件18的弓形或凸形(弯曲形状)。同样，在第二侧面94所面对的波状第二凸肩密封件20的部分具有与第八加强结构R8隔开的凹入形状的情况下，第二侧94优选地可具有朝向第二凸肩密封件18的弓形或凸形(弯曲形状)。
第八加强结构R8可以包括具有第一侧面92的部分(突起)和具有第二侧94的另一部分(突起)，二者彼此分开。
详细描述和附图是对本发明的支持和描述，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了用于执行所要求保护的发明内容的一些最佳模式和其他实施例，但是存在用于实践所附权利要求中限定的发明内容的各种替代设计和实施例。此外，附图中所示的实施例或本说明描述中提及的各种实施例的特性不必被理解为彼此独立的实施例。而且，实施例的一个示例中描述的每个特征可以与来自其他实施例的一个或多个其他期望特征相结合，结果其他实施例没有通过文字或者参考附图描述。因此，这样的其他实施例落入所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种板组件，包括：
第一板，其具有平面部分并且具有形成在所述第一板中的第一凸肩密封件；
其中所述第一凸肩密封件具有与所述平面部分平行且间隔开第一高度的第一端面，该第一高度沿着与该第一端面垂直的方向；
其中所述第一凸肩密封件包括从所述第一端面延伸离开并与所述平面部分接续的第一和第二相反侧面；
其中所述第一凸肩密封件包括第一加强结构，该第一加强结构限定与所述平面部分平行且间隔开第二高度的加强表面，第二高度小于第一高度；
其中，所述第一加强结构具有每一个都与所述第一凸肩密封件的第一相反侧面相交的多个第一壁。
2.一种板组件，包括：
第一板，其具有平面部分并且限定多个开口；
其中第一板包括形成在其中的第一凸肩密封件，
其中，所述第一凸肩密封件具有与所述平面部分平行且间隔开第一高度的第一端面，该第一高度沿着与该第一端面垂直的方向；
其中所述第一凸肩密封件包括从所述第一端面延伸离开并与所述平面部分接续的第一和第二相反侧面；
其中所述第一凸肩密封件包括第一加强结构，该第一加强结构限定与所述平面部分平行且间隔开第二高度的加强表面，第二高度小于第一高度；
其中，所述第一加强结构具有每一个都与所述第一凸肩密封件的第一相反侧面相交的多个第一壁；
其中第一板包括形成在其中的第二凸肩密封件，所述第二凸肩密封件具有与所述平面部分平行且间隔开所述第一高度的第二端面；
其中所述第二凸肩密封件包括从所述第二端面延伸离开并与所述平面部分接续的第三和第四相反侧面；和
其中第一凸肩密封件和第二凸肩密封件经由所述第一加强结构彼此相连，使得所述第一加强结构的多个第一壁与第三相反侧面相交。
3.根据权利要求2所述的组件，其中
第一板限定多个开口，第一凸肩密封件围绕所述多个开口中的一个；和
所述第二凸肩密封件围绕所述多个开口中的至少两个，所述第二凸肩密封件沿第一板的外周延伸；
第一板包括活性区域，所述活性区域具有彼此间隔开的多个密封构件，第二凸肩密封件围绕所述活性区域；
第一板具有限定了第一和第二板边缘的大致矩形形状；和
所述活性区域定位在第一和第二板边缘之间。
4.根据权利要求3所述的组件，进一步包括：
第三加强结构，其形成在所述第二凸肩密封件的第二相反侧面上，所述第三加强结构限定封闭端并且定位为与所述第一加强结构直接对置。
5.根据权利要求3所述的组件，进一步包括：
第四和第五加强结构，分别形成在所述第二凸肩密封件的所述第三和第四相反侧面上；
其中所述第四和第五加强结构沿相反的方向从所述第二凸肩密封件延伸离开，并且其每一个限定相应的封闭端。
6.根据权利要求3所述的组件，进一步包括：
第一交叉平面，其被限定在第一凸肩密封件和第一加强结构的相交部位处；
第二交叉平面，其被限定在第二凸肩密封件和第一加强结构的相交部位处；
屏障，位于所述第一交叉平面和所述第二交叉平面中的至少一个上，所述屏障被构造成防止所述第一凸肩密封件与所述第二凸肩密封件之间的流体流动。
7.根据权利要求3所述的组件，其中：
所述第一板包括形成于其中的第三凸肩密封件；
所述第三凸肩密封件包括与所述平面部分平行且间隔开所述第一高度的第三端面；
所述第三凸肩密封件包括从所述第三端面延伸离开且与平面部分接续的第五和第六相反侧面；且进一步包括：
多个第六加强结构，其形成在所述第三凸肩密封件的第五相反侧面上且以预定的固定间隔重复；
多个第七加强结构，其形成在所述第三凸肩密封件的第六相反侧面上且以预定的固定间隔重复；和
其中所述多个第六加强结构中的每一个与所述多个第七加强结构中的另一个对角地定位。
8.一种板组件，包括：
第一板，其具有平面部分并且具有形成在所述第一板中的第一凸肩密封件；
其中所述第一凸肩密封件具有与所述平面部分平行且间隔开第一高度的第一端面，该第一高度沿着与该第一端面垂直的方向；
其中所述第一凸肩密封件包括从所述第一端面延伸离开并与所述平面部分接续的第一和第二相反侧面；
其中第一凸肩密封件进一步包括从所述平面部分突出离开第二高度的加强结构，第二高度小于第一高度，
其中，所述加强结构具有与所述第一凸边密封件的第一相反侧面间隔开且与之面对的第一侧面，所述第一侧面沿所述第一相反侧面延伸；和
其中，所述加强结构包括具有凹入部分的顶表面。
9.根据权利要求8所述的组件，其中：
所述第一板具有从其突出形成的第二凸肩密封件；
所述第二凸肩密封件具有与所述平面部分平行且间隔开所述第一高度的第二端面，
第二端面具有从所述第二端面延伸离开并与所述平面部分接续的第三和第四相反侧面；和
所述加强结构位于第一凸肩密封件和第二凸肩密封件之间，并且具有第二侧面，所述第二侧面与第二凸肩密封件的第三相反侧面间隔开且与之面对，所述第二侧面沿第三相反侧面延伸。
10.根据权利要求9所述的组件，其中：
所述第一凸肩密封件的一部分和所述第二凸肩密封件的一部分彼此不平行；和
所述加强结构具有大致三角形的形状，并且定位在彼此不平行的所述第一凸肩密封件的所述部分和所述第二凸肩密封件的所述部分之间。
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