TWI401836B - 可變壓縮性之襯墊 - Google Patents
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Description
本發明有關於襯墊,尤其是在燃料電池組合內使用的襯墊。
傳統電化學燃料電池將燃料和氧化物轉換為電能和反應物。傳統燃料電池10典型佈置被表示在圖1當中,為清楚起見,圖1以展開形式表示各層。一固態聚合物離子交換膜11被夾置於一陽極12和一陰極13之間。典型地,陽極12和陰極13兩者被由一諸如多孔碳之導電、多孔材料所形成,白金和/或其它貴金屬觸媒之粒子被附著該材料上。陽極12和陰極13時常直接附著在該薄膜11之各別相鄰表面。此組合通常稱為薄膜-電極組合,或MEA。
夾置聚合物薄膜和多孔電極層者是一陽極流體流場平板14和一陰極流體流場平板15。中間支持層12a也可被用在該陽極流體流場平板14和陽極12之間以及中間支持層13a類似地被用在該陰極流體流場平板15和陰極13之間。該等支持層具多孔性質並被製造以確保氣體到陽極和陰極表面以及從陽極和陰極表面離開的有效擴散以及協助水蒸氣和液態水的管理。
該等流體流場平板14、15由一導電、非多孔材料所形成,藉由該等流體流場平板平板14、15,可對各別的陽極12或陰極13產生電接觸。同時,該等流體流場平板14、15促使流體燃料、氧化物和/或反應物傳遞至該等多孔電極12、13及/或從該等多孔電極12、13處排放。此效果傳統上藉由在流體流場平板表面上形成流體流道來加以實現,該等流體流道諸如存在多孔電極12、13表面上之凹槽或渠道16。
同時參考圖2(a),流體流道之一傳統構形提供一在該陽極14(或陰極15)之表面上盤曲結構20,如圖2(a)所示,其具有一入口歧管21和一出口歧管22。依據傳統設計將瞭解到:該盤曲結構20包括在平板14(或15)表面上之一渠道16,同時,每一歧管21、22包括一穿過平板的孔洞,以使得用於傳遞至渠道20或從渠道20排放之流體可被以正交平板之方向、貫穿平板堆疊深度地連通,尤其是如表示於圖2(b)中A-A剖面所標示之箭頭方向。
參考圖3,在傳統燃料電池組合30當中,平板堆疊被建立起來。在此配置當中,相鄰陽極和陰極流體流場平板以傳統方式組合,以形成一單一雙極板31,該雙極板31在一面上具有陽極渠道32而在相反面上具有陰極渠道33之,每一雙極平板31皆相鄰於一各別的薄膜-電極組合(MEA)34。該等入口歧管孔洞21和出口歧管孔洞22完全被重疊,以提供整個堆疊該入口和該出口歧管。為清楚起見,堆疊的各個元件被略微分離地表示,但是其應該瞭解:依據本發明之目的,各個元件將使用密封襯墊而被壓縮在一起。
參考圖4,一薄膜-電極組合40之一陽極面在其之四周被以一密封襯墊41所覆疊。該密封襯墊41包括兩孔洞42、43,該孔洞42、43係在MEA40之陽極面周圍圍繞著一流體入口44和一流體出口45。一導電陽極平板46(在圖4b中被以虛線表示且被略微分離以示清楚,但在圖4a中被省略,以顯露下方結構)與該密封襯墊41重疊。
MEA40的陽極面、密封襯墊41和陽極平板46一起定義介於流體入口44和流體出口45之間的流體圍阻空間47。藉由該流體圍阻空間受到陽極平板46和密封襯墊41之不可滲透性的共同影響,而使MEA具有有限滲透性(亦即,大致上僅允許離子流動)。在此圍阻空間47中放置一張擴散材料48。該張擴散材料被剪裁成一形狀,該形狀造成一個或多個空間49、50的形態,空間49、50被定義在該張48之一側邊51、52和密封襯墊41之間。更特別的是,如圖4所示,第一空間49構成一入口空間,該入口空間圍繞該張擴散材料48之周圍側邊51的一主要部份(亦即,三邊大部份)延伸。第二空間50構成一出口空間,該出口空間圍繞該張擴散材料48之周圍側邊52的較小部份。
當密封表面均勻平坦和平行時,厚度和組成均勻之傳統襯墊將正常滿足。施加在整個密封表面之均勻壓縮因此可提供適當密封。然而,在若干情況下,使用此類傳統襯墊可能並非最佳的。例如,當在一密封表面上包括有表面特徵,例如額外元件時,一襯墊的均勻可壓縮性將在襯墊區域上面形成不均勻壓力。例如,由於表面突起而使密封表面間距離減少的區域易承受較高壓力,而密封表面間距離增加之區域,例如,環繞此突起者,將承受相對較低壓力。這將降低密封之可靠度及/或功效。同時,一傳統襯墊在壓力施加時具有在該密封區域邊緣處鼓起之傾向,而會將該襯墊材料移置該密封區域外側。
針對一傳統襯墊材料,因此需要高壓以確定獲得適當的密封。尤其針對薄襯墊,所需壓力甚至將更大,因為襯墊可壓塑性會降低。或者,密封表面將要求者為具有更高容許平坦度,且平行度需要增加。
在高壓之下,襯墊將同時易有材料潛變,長時間後,材料潛變可能降低密封功效。此功效的降低可能同時被熱循環所惡化。
上述問題解決方案之一為製造特別造形的3D設計襯墊,以符合特殊外形之表面。然而,此類襯墊將具有過高的價格,且因為具有可變厚度而在特定情況下仍然無法提供充分均勻密封,例如,此處所提出的燃料電池例子。
另外一個解決方案是增加襯墊材料的可壓縮性,以容納不均勻表面及允許密封壓力降低。然而,此等襯墊具有增加密封區域向外位移之不良傾向。
因此,需要一種襯墊,其能有效密封不均勻表面,具有將密封區域向外移之較小傾向,能夠以較小密封壓力下密封,且與3D設計之襯墊比較,其具有較低製造成本。
本發明目的之一在於提供一種克服習知技術之襯墊的一項或多項問題的襯墊。
依據一第一觀點,本發明提供一種由可壓縮材料形成之襯墊,其具有一第一密封表面和一第二密封表面,用於在一第一構件和一第二構件之間提供一流體密封,該襯墊具有複數個凹洞,該等凹洞被配置在緊鄰第一及/或第二密封表面處,並且延伸越過該襯墊之至少一第一部份上,以提供在第一部份中的該襯墊之增加的可壓縮性。
依據一第二觀點,本發明提供一種密封一燃料電池的方法,其包括步驟有:提供一種由可壓縮材料形成之襯墊,該襯墊具有一第一密封表面和一第二密封表面以及複數個緊鄰第一和/或第二密封表面並延伸於該襯墊之至少一第一部份上的凹洞,以提供該襯墊在該第一部份中之增加的可壓縮性;將該襯墊放置於一流體流場平板和一薄膜-電極組合之間;以及在該流體流場平板和薄膜-電極組合之間、遍及襯墊地施加壓縮壓力,以提供其等間之一流體密封。
依據一第三觀點,本發明提供一種燃料電池,其包括:一薄膜電極組合;一流體流場平板;以及一種依據第一觀點之襯墊。
與傳統襯墊比較,本發明優點可包括:需要形成一密封所需施加的所有負載減少、用以保持熱循環後密封效果之襯墊改進功能、以及在一個或兩個密封表面上於表面凸出周圍的密封能力。
現在,本發明具體實施例將藉範例和參考隨附圖式詳細說明。
在流體流板表面中併有流體流道之陽極和陰極流體流板的一傳統設計已參照圖1至圖3討論過,並且用於使用此平板之典型襯墊配置將參照圖4而被討論。
圖5表示本發明之一襯墊53的代表部份。該襯墊53具有一第一密封表面54和一第二密封表面55。複數個的第一群凹洞56被配置於該襯墊53內之該第一密封表面並延伸過整個襯墊部份。在此特別實施例中,該等凹洞56以一正規陣列延伸過所示之該襯墊53的整個部份。同時所示者係被配置在該襯墊中之該第二密封表面55處的複數個的第二群凹洞57,在此具體實施例中,該等第二群凹洞57之尺寸和配置係大致相似於複數個的第一群凹洞之尺寸和配置。
儘管被顯示於圖5中的該等凹洞56被提供於該表面54處,在其他的實施例中,該等凹洞56可被提供於該表面54之下方,然而其等之位置足夠靠近該表面,以便經由該襯墊53的厚度影響局部表面的可壓縮性。
該襯墊之密封表面54、55被定義為與該襯墊所要密封之該構件表面接觸之表面。因此該密封表面一般並不包括該等凹洞56、57之內表面。然而,當施用於該襯墊53的壓力增加時,該等凹洞56、57之內表面的一部份會變成該襯墊53之密封表面部份,該部份將隨著施加壓力增加而增加。
名詞”凹洞密度”在此處被當作存在該襯墊53之任何定義區域之凹洞數目的一量測。越過整個襯墊53之一部份的一第一密封表面54的凹洞密度可不同於越過襯墊53之相同部份的一第二密封表面55的凹洞密度。例如,如果圖5之該襯墊53的密封表面54之面積為1cm2
且凹洞數目為36,則該第一密封表面上的凹洞密度為36cm-2
。
在此處使用之名詞”凹洞容積”定義為任何特定凹洞的總空隙容積,其可被以一平均數字有用地規定在該襯墊53或其之特定區域內之凹洞。
將認知的是:在該襯墊之一區域中,該凹洞密度和凹洞容積將各自,至少部份地,決定該襯墊區域的可壓縮性。
名詞”可壓縮材料”意欲要包括在施加壓縮壓力下可劇烈變形的固體材料,該等固體材料之物理機械性質的特徵在於:在一施加的壓力作用下,結合有彈性(亦即可恢復的)變形和塑性(亦即永久的且不可恢復的)變形。與時間有關之效應,例如潛變和黏彈性,也可部分地定義該可壓縮材料的性質。
該襯墊之一區域的可壓縮性增加將反應出在相同變形程度下需要壓縮該區域之整體厚度之壓力的減少。或者,施加相同壓力會使彼區域之整體厚度被大幅減少。
表示在圖6中者係本發明之一襯墊61內的凹洞62、63之一替代的非對稱配置的一剖面視圖,其中,在該第一密封表面64和該第二密封表面65上,該等凹洞容積係不同的。接近該第一密封表面64的凹洞62在尺寸上係不同於接近該第二密封表面65的凹洞63。凹洞容積的變化類型之結果會是:在相同的施加壓力下,較大凹洞63間的襯墊材料66能夠壓縮的程度細大於在較小凹洞62間之襯墊材料67。
除了改變低於第一密封表面64和第二密封表面65之下的平均凹洞容積,藉由改變該等凹洞間之間隔且因而影響凹洞密度,類似圖6中所示的效果可被獲得。
在該襯墊之至少選取的相對表面部份上、接近該第一密封表面64和第二密封表面65的凹洞密度及/或凹洞容積係不相同的,該等相對的表面部份為該第一密封表面64和第二密封表面65之選取區域,其等在該襯墊61之相反密封表面上係大致共同擴張的。
在圖6之襯墊61內的此一非對稱配置中,該表面附著性質可因而被朝向一表面偏置。相較於另一密封表面65,該襯墊61的一密封表面64之接觸區域會傾向於有將一表面黏附於另一表面之較佳的黏附性,而不需要黏著劑或表面預處理。
表示在圖7中的係在一上構件77和一下構件76間處於壓縮作用之此一襯墊61的反應狀態的截面之一概略視圖。該襯墊61位於兩構件表面74、75之間。位在該下構件表面74上的係一表面特徵73,其凸出該構件表面74之平面。在依據箭頭71指示的方向施加壓力,造成在該補償區域72內的該襯墊材料壓縮得比在補償區域外側的襯墊材料多。該襯墊的額外壓縮為該襯墊本身之容積所吸收,且不會造成該襯墊61之外圍有任何額外的凸出。該等凹洞63允許在該補償區域72內之該周圍的襯墊材料能夠沿著與施力方向正交的方向突起進入該等凹洞63中。該表面特徵73可例如為一極不可壓縮的材料製成的箔片或填隙片,如一水分配箔片,其被放置,以覆蓋該流體流板之選取區域。因為該襯墊61能可壓縮地在表面特徵73四周變形,所以圍繞該表面特徵的密封不會因為表面特徵存在而失效。
本發明之該襯墊53、61可較佳地包括被以一正規陣列配置的矩形凹洞56、57、62、63,該正規陣列例如係大致均勻相隔的正方樣式,如圖5所示。也可設想其它規則重複的樣式,例如,六角形或三角形樣式。凹洞的非重複性樣式或任意分佈之特徵也可為一凹洞密度和一平均凹洞容積,也可在本發明範疇當中設想凹洞的非重複性樣式或任意分佈。
將瞭解到:名詞”凹洞”意欲包括以下的定義:其適用於遍佈一襯墊之各別獨立的凹洞陣列以及於各別獨立之柱體或其它突起特徵之陣列中內形成之相互連接的凹洞列陣。本發明的襯墊可包括遍佈一或兩密封表面中的至少一部份之一或兩種類型的凹洞。
設想各種傳統襯墊材料可被用在本發明中,例如:矽膠、腈橡膠(nitrile)或丁基橡膠。但是,也可使用其它材料,例如膨脹的聚四氟乙烯(PTFE)。
該襯墊之厚度較佳小於10毫米。更佳地,該未壓縮的襯墊厚度就介於0.1和3毫米之間,更佳地,係介於0.1和1毫米之間。
較佳地,該等凹洞56、57、62、63的平均容積係小於5mm3
,以及更佳地係於0.001到1mm3
的範圍內。雖然該等凹洞可為任何適當形狀,較佳地,該等凹洞的形狀大致係立方體形,且亦為較佳地具有在0.1至1毫米範圍內的平均線性尺寸。
本發明之一襯墊53、61的凹洞較佳被藉由施用一構造於均勻厚度之一襯墊的表面來形成。例如,在造形平台之間、在熱和壓力的條件下,此構造較佳被藉由該襯墊的壓縮模造來完成,以將該襯墊材料塑性變形為所需形狀。或者,可使用習知技術中所熟知的各種技術,例如:鑄造、射入模造或使用具特殊結構之滾筒的滾壓/輪壓,以形成本發明之襯墊材料。
本發明之該等凹洞可執行之一可能的其他功能為流體分佈的功能。圖8所示者係依據本發明之在一襯墊中的凹洞封閉單元格子結構,其具有一密封表面54和隔離的凹洞56。藉由改變此設計,使得選定的凹洞被延伸且能夠相連,而非彼此隔離,可達成一例如圖9所示之設置。該襯墊90已在其中成該凹洞樣式的一部份地形成一系列互連流體進給渠道91、92、94。至於該等周圍凹洞56,每一流體進給渠道具有至少部份地穿過該襯墊90厚度延伸的一深度。在襯墊被直接形成於該流體流場板上的實例當中,例如藉由使用模鑄,該等流體進給渠道可延伸經過襯墊之整個厚度。
一流體入口渠道91被經由流體分佈渠道94連接於複數個流體出口渠道92。使用中的流體流之較佳方向被由箭頭93所標示。如圖4所示,與被配置於該襯墊41中之該等孔洞42、43連接,圖9所示配置可被設計以將流體從整個該流體進口44穿通而分佈至相鄰於該薄膜-電極組合40之空間49的各個部份。相同類型配置可同樣地應用於一流體出口45。
該襯墊90的可壓縮性可以被經由該等凹洞56之密度、深度和尺寸來設計,該襯墊90的可壓縮性可被使用以控制至一特定程度範圍,使得該等流體進給渠道91、92、94能夠通過整個流體。利用橫越該襯墊90上的一增加的施加壓力,該等流體給進渠道91、92、94將變得更受限制,而具有封閉該等流道93的傾向。在該流體進口44的背壓會藉此增加。這可有助於改進越過一些薄膜-電極組合之流體分配的準確度。流體計量的準確度和比率可接著因此藉由施加於越過包括圖9中之該類型的襯墊90之該燃料電池組合30的壓力而被至少地部份控制。執行這些功能的額外所需的分離元件可接著被有利地移除。
一替代的襯墊配置被表示於圖10中,其中一襯墊101被提供有凹洞103,該等凹洞103被以規則格子樣式配置在該密封表面102底下。在此配置中,凹洞容積及/或密度可被增加到超過如圖8裝置中可能的配置,同時在使用中保持每一凹洞的流體獨立性。也可設想其它的凹洞配置類型,而不侷限於範例所表示之該類方形凹洞或規則格子陣列。例如,使用圓形凹洞有利於製造方便。其它形狀也係可能的。
依據其等在該襯墊上的位置和它們所被要求執行的功能,一襯墊53、61中的該等凹洞56、57、62、63可被提供在該襯墊53、61之特定預先決定的部份中。被表示在圖11中的是一陽極構形的示範性配置,其具有以類似在圖4之配置圍繞著一第一空間49和一第二空間50的一襯墊41。依據圖9所表示和如上文詳述的該等原則,該密封襯墊的一第一部份41a被設計以在該第一部份41a中具有流體分佈渠道94,及具有被提供在該襯墊41之內周圍110的部份上而與第一空間49流體連通之流體出口渠道92。第一部份41a的流體入口渠道91係與在該襯墊41中之該孔洞42處的流體入口44重合。進入該流體入口渠道91的流體,經由被配置在襯墊41第一部份41a中之流體分佈渠道94,被沿著鄰近該第一空間49之該襯墊的內周圍110分佈。在此範例中,該襯墊41的第二部份41b被以圖5和圖8中所示的方式設計,且被於上文詳述,使得流體經由該流體出口45,從該第二空間50流出,該流體出口45位於該襯墊41中的一凹洞43處。
通過該襯墊之流體分佈可被經由設計該襯墊的開放單元區域來達成。表示在圖12中者係此一襯墊120的一範例,其包括封閉的單元區域122和開放單元區域121。流體可在該等開放單元區域內繞著該等柱體123流動,該等柱體123在此範例被形成為圓形或橢圓形柱體。該等柱體123可為有矩形或多邊形截面的柱體,或甚至為有變化截面(例如:圓錐形或金字塔形)的柱體。該等柱體的配置可為任何適當重複或非重複的樣式,或可為任意分佈的樣式。可能樣式之範例包括規則方形或六角形堆體或魚骨形樣式。
該等柱體123可被有利地由選取不同於該周圍封閉單元區域高度來形成。選擇該等柱體為較低高度者將有助於在該襯墊120受到壓縮壓力時減少扭曲。此等柱體之減低高度也可用以支撐可能覆疊該開放單元區域的元件。選擇該等柱體123為高度高於該四周襯墊者將會造成該等柱體比該四周材料承受更多的壓縮,其可用於計量流過該開放單元區域121的流體流。
如圖13所示,該開放單元區域121可包括其本身之一流體進口及/或出口,其在此實施例當中由橫過該襯墊延伸且被藉由封閉單元區域122所劃定邊界之一系列的流體渠道131。
如圖14所示,該襯墊可包括一可用於流體進出之流體通口141。該流體通口141被由一封閉單元區域143所圍繞,除了需要讓流體穿過襯墊的地方,而在該處(需要讓流體穿過襯墊的地方)有一流體傳輸區域142,該流體傳輸區域142包括一如圖12所示之開放單元區域。此開放單元區域142可包括一系列流體渠道,或者包括複數個互連凹洞,該等互連凹洞被成形於該襯墊材料之突起柱體間。
將要瞭解的是:本發明之該襯墊不需屬於一樣的構造,亦即,不必完全由一種可壓縮材料形成,而可被取代地由多於一種類型的材料所形成。例如,該襯墊可由為一可壓縮材料之一第一層所組成,其中提供有該等凹洞;以及一相對地為不可壓縮的材料之一第二底層。該第一層可被藉由任何適當裝置所施用,例如,藉由網印、層疊、模造或其它程序。為可壓縮材料之該層樣式可因此定義一越及該襯墊之一或兩密封表面的至少一部份之凹洞配置。例如,藉由網印於一聚酯箔片之一面或雙面,可施用一矽樹脂橡膠樣式,藉此在硬化之後形成一彈性可壓縮表面層。因此成形的表面層分予該箔片改善之密封性質,否則該箔片通常係不適合密封應用的。儘管可設想為任何包括凹洞之適當樣式,較佳地應用如圖8至圖10所示之樣式。
表示在圖15中的是一襯墊150的另一替代配置,其中,提供封閉單元區域和開放單元區域之一組合以形成位於該襯墊150內之定義的流體輸送區域。一流體通口153被一封閉單元區域154所圍繞,除了包括流體輸送渠道152a之一區域。該等流體輸送渠道152a以流體流動的方式將該流體通口153連接至一藉由該襯墊150所定義之內部空間155。流體輸送渠道152b的另一區域用於將藉由該襯墊150所定義的內部空間155連接至一外部歧管151。該外部歧管151可例如被使用以將冷卻劑輸送至該燃料電池,而該流體通口153輸送氧化物。
此處所述襯墊特別符合燃料電池中所使用的襯墊之嚴格要求。此類燃料電池襯墊典型地被要求在一大區域裡具有一高度尺寸準確度,並且需要在一大區域中以每一單元例如約僅0.2毫米的壓縮量達成密閉。
為了減少具有許多獨立單元之燃料電池堆疊扭曲及允許擴散材料在每一單元中有適當容積,當施加一密封壓力時,一密封襯墊之厚度需要僅約10%的變化。該襯墊的配合表面上因此需要高容差表面,以避免洩漏。然而,燃料電池襯墊也需要充分彈力與撓曲度,以允許其它元件(例如,穿過電池堆疊的繫桿)的熱脹冷縮。需要在負載和密封燃料電池堆疊有高度精密度,且此處所述之襯墊在此方面提供令人驚訝的優勢。所述之襯墊凹洞能減少負載,改善表面突起四周的密封能力,同時允許放鬆某些尺寸和負載的公差,但又不會犧牲襯墊密封能力或燃料電池堆疊整體尺寸準確度。
所考慮的其它具體實施例係於後附之申請專利範圍的範疇當中。
10...傳統燃料電池
11...固態聚合物離子傳輸薄膜
12...陽極
12a...中間支持層
13...陰極
13a...中間支持層
14...陽極流體流場平板
15...陰極流體流場平板
16...凹槽/渠道
20...盤曲結構
21...入口歧管孔洞
22...出口歧管孔洞
30...傳統燃料電池組合
31...雙極平板
32...陽極渠道
33...陰極渠道
34...薄膜-電極組合(MEA)
40...薄膜-電極組合(MEA)
41...密封襯墊
41a...第一部份
41b...第二部份
42...孔洞
43...第一孔洞
44...流體入口
45...流體出口
46...導電陽極平板
47...流體容納空間
48...擴散材料
49...第一空間
50...第二空間
51...周圍側邊
52...周圍側邊
53...襯墊
54...第一密封表面
55...第二密封表面
56...凹洞
57...凹洞
61...襯墊
62...凹洞
63...凹洞
64...第一密封表面
65...第二密封表面
66...襯墊材料
67...襯墊材料
71...壓力施加方向箭頭
72...補償區域
73...表面特徵
74...元件表面
75...元件表面
76...下層元件
77...上層元件
90...襯墊
91...流體進給渠道/流體入口渠道
92...流體進給渠道/流體出口渠道
93...流體流動方向箭頭/流道
94...流體進給渠道/流體分佈渠道
101...襯墊
102...密封表面
103...凹洞
110...內周圍
120...襯墊
121...開放單元區域
122...封閉單元區域
123...柱體
131...流體渠道
141...流體通口
142...流體傳輸區域/開放單元區域
143...封閉單元區域
150...襯墊
151...外部歧管
152a...流體輸送渠道
152b...流體輸送渠道
153...流體通口
154...封閉單元區域
155...內部空間
圖1表示一透過傳統燃料電池一部份概略剖面視圖;圖2(a)和圖2(b)各別表示圖1燃料電池流體流場平板一簡化平面視圖和一剖面視圖;圖3表示一透過具有雙極平板傳統燃料電池堆疊剖面視圖;圖4a表示一具有相對密封襯墊放置之擴散器材料薄片和流體進口與出口之陽極構型,圖4b表示相對應於圖4a剖面線A-A剖面側視圖;圖5表示一本發明襯墊部份構造透視圖;圖6表示本發明一襯墊具體實施例部份剖面視圖;圖7表示一依據本發明襯墊具體實施例在施加壓力下部份剖面概略視圖;圖8表示一依據本發明襯墊較佳具體實施例具有封閉單元格子凹洞結構平面視圖;圖9表示一依據本發明襯墊較佳具體實施例具有封閉單元格子凹洞結構以及另具流體分佈渠道凹洞平面視圖;圖10表示一依據本發明襯墊較佳具體實施例具有替代封閉單元格子凹洞結構平面視圖;圖11表示一具有兩不同設計襯墊材料部份陽極構型平面視圖;圖12表示一包括開放單元和封閉單元區域襯墊替代構型透視圖;圖13表示一包括開放單元和封閉單元區域襯墊另一替代構型透視圖;圖14表示一包括通口以及開放和封閉單元區域襯墊另一替代構型透視圖;和圖15表示一包括流體通口、流體輸送渠道並能以流體與外部流體歧管聯繫襯墊替代構型平面視圖。
61...襯墊
62...凹洞
63...凹洞
71...壓力施加方向箭頭
72...補償區域
73...表面特徵
74...元件表面
75...元件表面
76...下層元件
77...上層元件
Claims (13)
- 一種由可壓縮材料成形之襯墊,其具有一第一密封表面和一第二密封表面,用於在一第一構件和一第二構件之間提供一流體密封;,該襯墊包含:複數個凹洞,該等凹洞被配置在接近該第一密封表面及/或該第二密封表面處,並延伸遍及該襯墊之至少一第一部份,以提供該襯墊在該第一部份中之增加的可壓縮性,其中該襯墊的第一部份包含一封閉單元區域,其具有複數的彼此分隔開的該等凹洞,以及其中該襯墊的一第二部份具有一開放單元區域,其具有複數的與彼此互相連接的該等凹洞並且形成複數的流體進給渠道,該等流體進給渠道被配置在襯墊內接近該第一密封表面處,每一該等流體進給渠道具有至少部份經過該襯墊延伸之一深度。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該等凹洞密度及/或凹洞容積越過第一密封表面和第二密封表面中至少一者變化。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,在該第一密封表面和該第二密封表面上的該等凹洞密度及/或凹洞容積係不同的。
- 如申請專利範圍第3項之襯墊,其中,在該襯墊之選定的相反表面部份上的該等凹洞密度及/或凹洞容積係不同的。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該等凹洞被以一個或一個以上之規則陣列配置。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該等凹洞的平均線性尺寸係在0.1至1毫米的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該等凹洞的平均容積係在0.001至1立方毫米的範圍內。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該等凹洞的形狀大致係立方體形。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該複數個流體進給渠道被以流體流動的方式連接於一孔洞,該孔洞包括一流體進口及/或出口。
- 如申請專利範圍第9項之襯墊,其中,該複數個流體進給渠道適於被以流體流動的方式連接於一燃料電池的一薄膜電極組合。
- 如申請專利範圍第1項之襯墊,其中,該襯墊包括:一為可壓縮材料製成的第一層以及一為較不可壓縮材料製成之第二層,在該第一層中提供有複數個凹洞,該第二層係接近該第一層。
- 一種密封一燃料電池之方法,其包括有:提供一由可壓縮材料所形成之襯墊,其具有一第一密封表面和一第二密封表面以及複數個凹洞,該等凹洞接近該第一密封表面及/或第二密封表面並延伸遍及該襯墊之至少一第一部份,以提供該襯墊在該第一部份中之增加的可壓縮性,其中該襯墊的第一部份包含一封閉單元區域,其具有複數的彼此分隔開的該等凹洞,以及其中該襯墊的一第二部份具有一開放單元區域,其具有複數的與彼此互相 連接的該等凹洞並且形成複數的流體進給渠道,該等流體進給渠道被配置在襯墊內接近該第一密封表面處,每一該等流體進給渠道具有至少部份經過該襯墊延伸之一深度;放置該襯墊於一流體流場平板和一薄膜電極組合之間;以及在該流體流場板和薄膜電極組合之間越過該襯墊施加壓縮壓力,以提供於其等間的一流體密封。
- 一種燃料電池,其包括:一薄膜電極組合;一流體流場平板;和一如申請專利範圍第1項至第11項中的任一項之襯墊。
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