JP5438102B2 - 平均熱膨張係数が異なる2つの構成部材間に挿入されるシールを備えるアセンブリ、関連するシール、hte電解槽の封止への応用、およびsofc燃料電池 - Google Patents
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Description
・所定の閾値温度を下回る場合には、前記各構成部材を互いに接近する方向に一定にクランプすることにより前記構成部材に対して直交する直交方向(X)のシール圧縮によって得られ、このシール圧縮は、前記平面の一部が一方の前記構成部材に対して固定されるよう圧迫接触し、また前記平面の別の部分が他方の前記構成部材に対して固定されるよう圧迫接触するとともに、前記シールの前記端部部分はどこにも接触しないままとなるように生じ、
・前記閾値温度を上回る場合には、やはりクランプによって達成される前記シールの直交方向の圧縮と、温度の上昇中に前記構成部材上で圧迫接触状態にある前記平面の少なくとも一部が摺動し、前記端部部分が構成部材による半径方向の圧縮状態となるまで摺動することによって達成される前記各構成部材に対する半径方向のシール圧縮と、によって得られるように生ずる。
・前記閾値温度を下回る場合には、前記3つの平面のうち、1つの平面が前記シールの熱膨張係数との差が最も小さい熱膨張係数を有する前記構成部材に対して圧迫接触し、他の2つの平面が前記シールの平均熱膨張係数との差が最も大きい平均熱膨張係数を有する前記構成部材に対して圧迫接触するとともに、前記端部部分はどこにも接触しないままとなる一定のクランプによって生じ、
・前記閾値温度を上回る場合には、前記平面が平均熱膨張係数差の最も小さい平均熱膨張係数を有する前記構成部材に対して固定するよう圧迫接触した状態を維持する同一のクランプによって達成される前記シールの直交方向の圧縮と、平均熱膨張係数差の最も大きい平均熱膨張係数を有する前記構成部材上で前記他の2つの平面を摺動し、前記端部部分がこの構成部材による半径方向の圧縮下に置かれるまで摺動することによって達成される前記各構成部材に対して前記シールの半径方向の圧縮と、によって生ずるようにする。
・差αj−α2が少なくとも1×10−6K−1だけ大きい;
・差α3−αjが少なくとも1×10−6K−1だけ大きい。
換言すると、構成部材3の平均熱膨張係数は、シールの平均熱膨張係数よりも大きくなる。この場合、2つの連続形状部5a、5bは、ほぼ同一であり、2つの端部部分53a、53bが互いに対向し合わないようにヘッド・ツー・テール形式で互いに固定する。図6に示すこの実施形態でも、クランプ力に基づく軸線方向圧縮と、シール5と各構成部材2、3との間の熱膨張差による半径方向圧縮と、を利用することによって封止は2重となるが、図5の実施形態と比較すると、この場合はシール5よりも構成部材3の膨張が大きくなる。
Claims (18)
- 異なる平均熱膨張係数α2、α3を有する2つの構成部材(2,3)間のアセンブリであって、前記2つの構成部材間に挿入されてシール(5)を形成する素子を備え、前記シール(5)の平均熱膨張係数αjは、前記2つの構成部材(2,3)のうち、前記シールの平均熱膨張係数αjとの平均熱膨張係数差が最小である少なくとも一方の構成部材(3)における平均熱膨張係数α3とは異なっており、平均熱膨張係数差αj−α3は0〜1×10−6K−1の範囲における値であり、また前記シール(5)は、互いに分離した3つの平面(50,51,52)と、前記平面間に形成される部分の外側に位置する1つの端部部分(53)と、を備えた連続形状を有し、前記アセンブリの封止は、
所定の閾値温度を下回る場合には、前記各構成部材を互いに接近する方向に一定にクランプすることにより前記構成部材に対して直交する直交方向(X)のシール圧縮によって得られ、このシール圧縮は、前記3つの平面における1つの平面(51)が、前記シールの平均熱膨張係数αjとの平均熱膨張係数差が最小である平均熱膨張係数α3を有する前記構成部材(3)に対して圧迫接触し、また前記3つの平面における別の2つの平面(50,52)が、前記シール(5)の平均熱膨張係数αjとの平均熱膨張係数差が最大である平均熱膨張係数を有する他方の前記構成部材(2)に対して圧迫接触するとともに、前記端部部分(53)はどこにも接触しないままとなるように生じ、
前記閾値温度を上回る場合には、平面を前記シール(5)の平均熱膨張係数αjとの平均熱膨張係数差が最小である平均熱膨張係数α3を有する前記構成部材(3)に対して固定するよう圧迫接触状態に維持するクランプによって達成される前記シールの直交方向圧縮と、前記シール(5)の平均熱膨張係数αjとの平均熱膨張係数差が最大である平均熱膨張係数α2を有する前記構成部材(2)上で前記他の2つの前記平面(50,52)が摺動し、前記端部部分(53)がこの構成部材(2)による半径方向圧縮状態となるまで摺動することによって達成される前記各構成部材に対する半径方向(R)のシール圧縮と、によって得られるように生ずる、アセンブリ。 - 請求項1に記載のアセンブリにおいて、熱膨張係数差の最も小さい平均熱膨張係数α3を有する前記構成部材は、金属構成部材(3)とし、熱膨張係数差の最も大きい平均熱膨張係数α2を有する前記構成部材は、セラミック構成部材(2)とした、アセンブリ。
- 請求項1または2に記載のアセンブリにおいて、前記金属構成部材および前記シールは、単一ブロック素子を形成する、アセンブリ。
- 請求項1〜3のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記2つの構成部材(2、3)は、平面基板とし、そのうち少なくとも一方は、前記端部部分(53)に連続した前記平面(52)を収容するアンダーカット(20,30)を備え、前記端部部分(53)の半径方向の圧縮は、該アンダーカットの端縁(200)に対して発生する、アセンブリ。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記2つの構成部材は、平面基板とし、前記端部の半径方向の圧縮は、前記基板のうちの一方(2)の端縁(2A)に対して発生する、アセンブリ。
- 請求項1〜5のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)は、互いに分離した平面(50,51,52)と、前記平面間で形成される部分の外側に位置する端部部分(53)とを備える少なくとも1つの連続形状を有し、前記形状は、板金の単独のスタンピング加工によって得られる、アセンブリ。
- 請求項1〜5のうちいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)は、2つの連続形状部(5a,5b)を備え、各連続形状部(5a,5b)は、それぞれ板金の単独のスタンピング加工によって得られ、また各連続形状部(5a,5b)における平面(52a、52b)のうち一方の平面が溶接またはろう付によって連続形状部(5a,5b)を互いに接合する、アセンブリ。
- 請求項7に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)における前記2つの連続形状部は、同一形状とし、それらの2つの端部部分(53a,53b)が互いに対向し合わないよう、ヘッド・ツー・テール形式で互いに接合する、アセンブリ。
- 請求項7に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)における前記2つの連続形状部は、同一形状とし、共通平面によって定義される平面(P)に関して対称的に相互に接合される、アセンブリ。
- 請求項1〜5に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)の連続形状は、互いに分離され板金の単独スタンピング加工によって得られる平面(50,51,52a)を備える第1部分と、前記平面間で形成される部分の外側に位置し溶接またはろう付によって前記第1部分に固定される端部部分(53)を有する第2部分と、を備える、アセンブリ。
- 請求項6〜10のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)の前記板金は、フェライト鋼、またはオーステナイト鋼、またはInconel600もしくはHaynes 230系のニッケルベース合金とした、アセンブリ。
- 請求項6〜11のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)の前記板金は、電気的絶縁材料で被覆された、アセンブリ。
- 請求項12に記載のアセンブリにおいて、前記電気的絶縁材料は、アルミナ形成材料から生成される、アセンブリ。
- 請求項6〜13のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記シール(5)の前記板金のスタンピング加工後、延性材料の層を、少なくとも一方の端部部分上または接触領域上に直接接触させてまたは電気的絶縁材料の被覆上に堆積させた、アセンブリ。
- 請求項14に記載のアセンブリにおいて、前記延性層は、銀または銀含有化合物の層である、アセンブリ。
- 請求項15に記載のアセンブリにおいて、前記延在層は、以下の元素、すなわちCu,Sn,Bi,Si,Coのうちの1つを含む、アセンブリ。
- 請求項6〜16のいずれか一項に記載のアセンブリにおいて、前記端部部分(53)は、前記平面のうち1つの平面(52)に直接接合される単純湾曲部とした、アセンブリ。
- 請求項1〜17のいずれか一項に記載のアセンブリを備える、高温で動作する燃料電池(SOFC)または高温電解槽(HTE)。
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