NL9002169A

NL9002169A - Afdichtingen voor gasvoerende leidingen, alsmede inrichtingen die dergelijke afdichtingen bevatten.

Info

Publication number: NL9002169A
Application number: NL9002169A
Authority: NL
Original assignee: Blandikus Catharikus Jaspers E
Priority date: 1990-10-05
Filing date: 1990-10-05
Publication date: 1992-05-06
Also published as: DE69104373T2; ATE112420T1; ES2051661T3; EP0551389A1; JPH06510620A; DE69104373D1; DK0551389T3; EP0551389B1; JP3452063B2; US5360681A; AU657445B2; WO1992006517A1; AU8739291A; CA2093443A1; ES2051661T1

Description

Afdichtingen voor gasvoerende leidingen, alsmede inrichtingen die dergelijke afdichtingen bevatten.

De uitvinding heeft betrekking op afdichtingen voor gasvoerende leidingen, alsmede op inrichtingen, die dergelijke afdichtingen bevatten. De uitvinding heeft in het bijzonder betrekking op afdichtingen voor toepassingen in elektrochemische cellen, alsmede op elektrochemische cellen die dergelijke afdichtingen bevatten.

Tot dusverre is getracht met veerconstructies en dergelijke een goede afdichting te bereiken. Dergelijke afdichtingen blijven echter nog steeds problemen geven.

Afdichtingen, die bij hoge temperaturen moeten werken, zoals in brandstofcellen hebben altijd een groot probleem gevormd. Ingewikkelde constructies zijn toegepast om onvermijdelijk plaatsvindende uitzettingen op te vangen. Uitzettingen geven in het bijzonder problemen indien twee op elkaar aansluitende materialen niet exact dezelfde thermische uitzettingscoëfficiënt hebben.

Gevonden werd nu dat men een verbeterde afdichting krijgt bij gasvoerende leidingen doordat tussen ten minste twee ten opzichte van elkaar zich moeten kunnen bewegende delen een bij de bedrijfstemperatuur taai anorganisch materiaal is aangebracht. Bij voorkeur wordt een materiaal gebruikt met een Bingham's of visco-elastisch vloeigedrag bij een temperatuur boven de glasovergangstemperatuur.

Een voordelig materiaal om als afdichting te gebruiken is een taai silicaatglas. Meer in het algemeen zijn geschikte afdichtingsmate-rialen een zwaar viskeus taai alkalimetaalsilicaatglas en/of aardalkali-metaalsilicaatglas en/of boorsilicaatglas en/of loodsilicaatglas en/of aluminiumsilicaatglas en/of lithiumsilicaatglas. De voorkeur verdienen materialen, waarbij de viscositeit 5 x 103 tot 5 x 104 P is, in het bijzonder

(Na20)o,is (Ca0)O/io (Si02)o,vs met een viscositeit van 104P bij 1004°C (Na20)o , 20 (CaO)0,10 (Si02)o ,70 met een viscositeit van 104P bij 924°C (Na20)o,2o (Mg0)o,io (Si02)o,-7o met een viscositeit van 104P bij 992°C (Na20)o,2o (K20)o,3o (Si02)o,so met een viscositeit van 104P bij 1000°C (K20)o,io (PbO)o.io (Si02)o,eo met een viscositeit van 104P bij 1000°C

Het is verrassend, dat men met behulp van een glas een goede afdichting krijgt die op de plaats aanwezig is, niet wegloopt en ook gasdrukken kan weerstaan zonder van zijn plaats te worden geblazen. Uiteraard is het hiervoor nodig een geschikte viscositeit van het glas toe te passen.

Een voorbeeld van een dergelijke glasafdichting wordt in fig. 1 weergegeven. Voor een brandstofcel worden de gasbuizen van de elektroden door een isolerende viskeuze massa 2 in een meng/splitsingskamer 3 geleid. De diameter van de boringen waardoor de buizen worden geleid zijn groter dan de buisdiameter, in het algemeen 1 of 2 mm zodat problemen met thermische expansie hier worden vermeden. De zwichtspanning en viscositeit van het glas bij bedrijfstemperatuur moet groot genoeg zijn om lekken van het glas door de openingen ten gevolge van het eigen gewicht en het drukverval tegen te gaan.

De viscositeit kan worden geregeld door de samenstelling van het glas en de temperatuur van het glas.

Het toegepaste anorganische materiaal, in het bijzonder glas, dient een zo hoog mogelijke zwichtspanning te bezitten. Bij de keuze van een glas en de komponenten van het glas dient een compromis te worden gezocht tussen bestanddelen van het glas. Het glas kan enerzijds zowel netwerkvormers (ter verkrijging van een voldoend hoge zwichtspanning) als anderzijds toevoegingen voor het verlagen van de smelttemperatuur bevatten. B en Pb zijn sterk in het omlaag brengen van de smelttemperatuur (netwerkafbrekend). Een smelttemperatuur van 500 tot 700°C is mogelijk. Calcium, natrium en kalium alsmede magnesium geven bij silicaat-glazen een hogere temperatuur van circa 1000°. In de praktijk wordt bij keramische brandstofcellen een bedrijfstemperatuur van circa 1000°C toegepast.

De zwichtspanning van een glas wordt beïnvloed door de hoeveelheid netwerkvormend materiaal dat in het glas aanwezig is. Ten aanzien van de viscositeit ligt het verwerkingspunt van glas in de industrie bij ongeveer 104P, omdat anders het glas te taai wordt en slecht te verwerken is.

Indien in een inrichting de zwichtspanning niet te sterk zou worden overschreden is dit in het algemeen bij toepassing van een zogenaamde manifold niet ernstig. Door de capillaire werking, die wordt verkregen door niet te grote afstanden tussen de ten opzichte van elkaar moeten kunnen bewegende delen te nemen, wordt een capillaire werking bereikt, die het verlies van het taaie materiaal tegengaat. Ook kan bij bijvoorbeeld brandstofcellen onder in de stapeling glas dat uit de afdichting verloren is gegaan worden opgevangen en later weer worden teruggebracht op de gewenste plaats. Kleine verliezen kunnen derhalve gemakkelijk worden opgevangen.

Glazen met een Bingham's gedrag zijn op zichzelf bekend en worden bijvoorbeeld beschreven in Handbook of Glass Data, Part C, Ternary

Silicate Glasses, Elsevier, Amsterdam, 1987, in het bijzonder biz. 27, 29-33 en 182 tot 188. In The Structure and Mechanical Properties of Inorganic Glasses door G.U. Bartenev, Wolters-Noordhoff Publishing, Groningen 1970, biz. 141 tot 146 wordt een uiteenzetting gegeven van de zwichtspanning en de daarbij optredende verschijnselen. Een dergelijke beschrijving wordt eveneens beschreven in Rheological Properties of Alkali Borate Glasses door Theodorus Johannes Maria Visser, een proefschrift uitgegeven aan de Technische Hogeschool te Eindhoven (1971), blz. 6-12, 40-74 en 78-82.

Desgewenst is het mogelijk de temperatuur van het glas gedurende een thermische cyclus van de stapel brandstofcellen te verhogen waardoor de buizen in de glasafsluiting enigszins vrij kunnen bewegen en waardoor het glas zich kan zetten, waardoor een gasdichte afsluiting wordt verkregen. Bij het bedrijven van een celstapel kan de glastemperatuur echter iets worden verlaagd om lekken van de glasafsluiting te voorkomen.

Een extra voordeel van dit type gasdichte afsluiting is de mogelijkheid dat de afgesloten elementen enigszins vrij ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Zelfs het vervangen van elementen is gemakkelijk. In een dergelijk geval wordt de glasmassa bij iets verhoogde temperatuur uit de houder verwijderd. Het element wordt vervolgens uit de stapel verwijderd en de buizen kunnen uit de houder worden verwijderd. Een nieuw element wordt op de plaats aangebracht en bij hoge temperatuur wordt de glasmassa terug in de houder gebracht en wordt de afsluiting hersteld.

Uiteraard is de hier beschreven gasdichte afsluiting ook geschikt voor toepassing bij andere verbindingen waar de verzegelde elementen ten opzichte van elkaar iets moeten kunnen bewegen.

Claims

1. Afdichting voor de gasvoerende leidingen, gekenmerkt, doordat tussen tenminste twee ten opzichte van elkaar zich moeten kunnen bewegende delen een bij de bedrijfstemperatuur taai anorganisch materiaal is aangebracht.

2. Inrichting volgens conclusie 1,geken me rk t, doordat als anorganisch materiaal een materiaal met een Bingham's vloeigedrag wordt toegepast.

3. Inrichting volgens conclusie 2, g ekenmerkt, doordat het anorganische materiaal een glas is.

4. Afdichting volgens conclusie 3, geken me rk t, doordat het glas silicaatglas is.

5. Afdichting volgens conclusie 4, g ekenmerkt, doordat het silicaatglas een hoog viskeus alkalimetaalsilicaatglas en/of aard-alkalimetaalsilicaatglas en/of boorsilicaatglas en/of loodsilicaatglas en/of aluminiumsilicaatglas en/of lithiumsilicaatglas is.

6. Afdichting volgens conclusie 1-5, gekenmerk t, doordat de viscositeit bij 1000°C 5 x 103 tot 5 x 104P is.

7. Afdichting volgens conclusie 6, g ekenmerkt, doordat het glas gekozen is uit (Na20)o.i= (CaO)o.io (Si02)o.-7s met een viscositeit van 104P bij 1004°C, (Na20)o,is (Ca0)o,io (Si02)o,7s met een viscositeit van lO^P bij 1004°C (Na20)o,2o (Ca0)o,io (3ΐ02)ο,·7ο met een viscositeit van 10^ bij 924°C (Na20)o,2o (MgO)o,io (Si02)o,-7o met een viscositeit van 104P bij 992°C (Na20)o,2o (K20)o,3o (Si02)o,so met een viscositeit van 10·*Ρ bij 1000°C (K20)o,io (Pb0)o,io (Si02)o,eo met een viscositeit van 104P bij 1000°C

8. Inrichting voorzien van tenminste een afdichting volgens conclusie 1-7.

9. Elektrochemische cel voorzien van tenminste een afdichting volgens conclusie 1-7.

10. Brandstofcel voorzien van tenminste een afdichting volgens conclusie 1-7.