专利名称：柔顺性集流腔垫片的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，尤其是涉及一种密封垫片，使用于一个高温燃料电池堆垛和集流腔组件之间，更具体地，本发明涉及一种柔顺性垫片，带有一个埋置的弹性填隙片用于保持在燃料电池堆垛端板—双极板界面上的气体密封。
背景技术：
一个普通的燃料电池堆垛典型地具有数百个燃料电池串联在一起，形成数个堆垛面。在一个外部集流腔堆垛内，燃料电池保留在它们的末端开启，以及气体借助密封至燃料电池堆垛相应面的集流腔或盒子传送。集流腔组件被压缩顶住燃料电池堆垛，以防止气体在集流腔和相应的堆垛面之间泄漏，如本申请的受让人所拥有的专利U.S.No.6,413,665所述。集流腔也设有一个集流腔垫片，这种垫片例如，在专利U.S.No.4,467,018公开，用于防止气体泄漏并使燃料电池堆垛与集流腔介电地绝缘。集流腔因此提供密封的通道用于传送燃料和氧化剂气体至燃料电池，以及引导这种气体流到堆垛内。
为了保持燃料电池堆垛的性能，集流腔垫片必须在整个堆垛寿命期内连续满意地工作。因此，集流腔垫片必须在燃料电池堆垛工作要求的条件下，以及在堆垛的寿命期内保持密封的有效性。
在高温燃料电池堆垛内，上述的要求，即集流腔垫片在整个堆垛寿命期内保持密封的有效性很难满足，这是由于堆垛的环境引起堆垛尺寸和堆垛元件在长期工作时有所改变。这些改变在堆垛燃料电池的双极板和堆垛端板内尤其明显，它们以不同的速率生长，以及因此显示出一个增加的尺寸差异。
更具体地说，在一个熔融的碳酸盐燃料电池堆垛内，堆垛的双极板由于渗碳而随时间生长，从而使双极板从典型地存在于堆垛燃料气体内的一氧化碳或二氧化碳吸收碳。例如，已经发现，在一种类型的熔融碳酸盐燃料电池堆垛内，每个双极板将生长超过1/10in或其总长度的0.21％，以及超过1/12in或其总长度的0.19(工作时间超过14500h)。在其它类型的熔融碳酸盐燃料电池堆垛内，双极板的生长可以与工作的小时数相比拟。
在一个熔融碳酸盐燃料电池内的双极板的上述生长与堆垛端板的生长不匹配。这种生长差异扭曲堆垛的每个端面。尤其是，一个阶梯形过渡产生在一个端板的每个端面和相邻的端电池的双极板的端面之间的界面上。还有，在堆垛的中心，堆垛的端面倾向于鼓凸向外，这是由于与堆垛末端处的双极板比较，在堆垛中部的双极板有增加的生长。
图1示出在一个堆垛的一个端板一双极板界面的阶梯形过渡的一个最坏的情况实例。可以看出，在图1内示出的尺度的不同生长将引起邻接堆垛面的集流腔垫片处于应力之下。在堆垛中心由于上述的鼓凸起引附加的应力。这些应力能够导致垫片的失效。
已采取措施减小这种应力，这是借助选择双极板用的材料，这些材料显示出减少的生长。然而，这样仅部分地缓和上述情况。
因此，本发明的一个目的是克服普通的集流腔垫片的上述的和其它的缺点，尤其是消除在燃料电池堆垛工作时在堆垛—集流腔界面处气体密封上的应力。
本发明的另一个目的是提供一个改进的燃料电池堆垛—集流腔垫片，该垫片适应双极板生长，以及在堆垛工作时保持堆垛面和集流腔之间的气体密封。
本发明的另一个目的是提供一个密封垫片使用于燃料电池堆垛—集流腔界面，该垫片是可靠的、价廉的和容易制造和安装的。
发明内容
上述的和其它的目的可借助本发明达到，本发明克服了普通的燃料电池堆垛密封垫片的缺点，它借助提供一个柔顺性集流腔垫片，使用于堆垛—集流腔界面。本发明的垫片与一个燃料电池堆垛结合使用，该燃料电池堆垛具有多个堆垛面，以及放置在一个燃料电池堆垛和一个集流腔的周边之间。燃料电池堆垛面的周边包括多个周边部分，这些周边部分在燃料电池堆垛工作时有不同的膨胀。该垫片包括一个元件，适合具有不同的可压缩性越过元件预定的部分和/或包括一个弹性的填隙片，埋置在元件预选段内，从而使垫片保持与堆垛面和集流腔的周边接触。本发明的垫片结构提供一个柔顺性集流腔垫片，该垫片补偿燃料电池堆垛内双极板的生长，以及保持在集流腔—堆垛界面处的气体密封。
按照本发明的一个燃料电池堆垛包括至少在堆垛的末端电池上的金属(不锈钢)双极板，以及一个柔顺性垫片在堆垛面和集流腔的周边之间。该垫片适合于具有不同的可压缩越过元件的预定的部分和/或一个弹性的填隙片，埋置在元件预选段内。
本发明的上述和其它特点和方面在结合附图阅读下列详细说明后将更清楚，附图中图1是一个燃料电池堆垛的一部分的一个详细的侧视图，示出堆垛末端电池和堆垛的双极板的不同的生长；图2是一个曲线图，示出在一个代表性的400个电池的燃料电池堆垛内双极板的增长；图3A是本发明的柔顺性垫片的一个前视图，示出垫片与一个燃料电池堆垛邻接；图3B是图3A的垫片和燃料电池堆垛的一个透视部分图；图4A是通过电池组的端板切取的垫片和燃料电池堆垛的一个细节的横剖面图；图4B是通过堆垛的燃料电池的相应对准的末端切取的图3A的垫片的一个细节部分横剖面图；图5是一个曲线图，描述在一个二氧化硅充填氧化锆垫片材料和一个未充填氧化锆垫片材料内产生的应变与应力的函数关系；图6A是图3A的垫片的一个隅角部分的一个细节图，示出垫片面，该垫片面邻接燃料电池组的一个面，且顶垫片层已移开，以使埋置的填隙片可以看见；图6B是沿着图6A的直线6B-6B切取的垫片的一个横剖面图；图7是图3A的垫片的一个透视图，示出整个垫片表面，该垫片表面邻接堆垛，并且垫片材料的顶层已移开，以使埋置的填隙片可以看见；图8是一个曲线图，描述在一个二氧化硅充填的垫片元件上的载荷与双极板生长的函数关系；图9是一个曲线图，描述图3A的垫片内弹性的填隙片在增加的应力下的挠曲；以及图10-12示出图3A的垫片内使用的一个改进的弹性填隙片的各种图形。
具体实施例方式
本发明克服了现有技术的燃料电池堆垛—集流腔垫片的上述缺点，它借助在燃料电池堆垛—集流腔界面处使用的一个柔顺性垫片内结合一个元件，该元件具有不同的可压缩性越过它的预定部分和/或具有一个弹性填隙片，该弹性填隙片埋置在元件的预选段。图3A和3B示出按照本发明的一个燃料电池堆垛15和一个相关的柔顺性垫片10的视图。垫片10提供一个集流腔用的一个密封，该集流腔放置为与电池组15的堆垛面16成面对的关系，以及其边缘邻接堆垛面的周边。
燃料电池堆垛15包括多个燃料电池18，在端板15a和15b之间设置成堆垛的关系。堆垛面16被包括在电池18内的双极板19的端面和端板15a和15b的端面限定。如以上所述，垫片10邻接堆垛面16的周边部分。
如图所示，垫片10包括邻接第一和第二周边部分的第一和第二垫片元件20，21，第一和第二周边部分是由端板15a和15b的端面的中心部分形成的。垫片10还包括邻接堆垛面的第三和第四周边部分的第三和第四垫片元件24，25。最后的堆垛面部分是由双极板19的相对的末端的端面部分以及端板15a和15b的端面末端部分形成的。
在本说明情况下，每个垫片元件20，21，24和25是由一种纤维材料层制造，该纤维材料层是比如例如Zircar ZYF 100的氧化锆毡、氧化铝毡或类似纤维和毡料。垫片元件也可以充填二氧化硅粉末或类似的非金属粉末材料。此外，如以下进一步详细解释，一个弹性填隙片埋置在垫片元件的预选段内在各纤维层之间，并起一个弹簧的作用，在燃料电池堆垛工作时达到垫片的柔顺性。
如以上所述，经过一段时间双极板19随着电池组15的工作生长。生长的产生是由于渗碳，以及在一个长度方向上和一个宽度方向上发生，该宽度方向平行于设置双极板19的燃料电池的平面。在每个方向上的生长量取决于在端板15a和15b之间燃料电池是垂直地或水平地堆垛形成一个垂直或水平取向的堆垛。在任何情况下，不管堆垛的取向，双极板的生长通常大于端板15a和15b的生长。
由于双极板19和端板15a和15b不同的生长量，在燃料电池堆垛15的工作经一定时间，端面16的周边部分不同地膨胀。此膨胀如以上所述，导致在双极板和端板的界面处一个阶梯形过渡。此外，在堆垛中心的双极板的生长大于在堆垛两端的那些双极板的生长，导致在堆垛中心的一个鼓凸。带有以上所述形状的垫片10特别地适合于补偿这些作用，从而保持在堆垛面和对着此面放置的集流腔之间的密封。尤其是在垫片10的预选部分使用不同的可压缩性和/或埋置一个弹性的填隙片在垫片10的预选段，提供柔顺性以及随后使其适应在垫片上增加的应变，以及保持在堆垛工作的长时期内的密封有效性。
图4A和4B分别是通过图3B的垫片10和堆垛15的端板15a和沿着电池18的一个末端的细节的横剖面图。这些图示出垫片10的第一垫片元件20和第三垫片元件24。这些元件分别与第二和第四垫片元件21，25形状上相似。更具体地，转至图4A，邻接端板15a的第一垫片元件20仅包括多个层20a，20b和20c，它们每层是用一种如以上所述的可压缩的材料制造，在本情况下，最好是一种氧化锆毡(ZYF 100)或类似的纤维毡材料。为了减少第一垫片元件20的可压缩性以及减少气体泄漏，每层20a，20b，20c还充填一种二氧化硅粉末。
转至图4B，第三垫片元件24的一个中心部分设置为在双极板19的一端处邻接双极板19的端面，而第三垫片元件24的两端设置为邻接端板15a，15b的端面的两端。第三垫片元件24也包括多个层24a，24b和24c。每层与垫片元件20的各层相似，也是用一种可压缩的材料制造，在本情况下，该材料也是一种氧化锆毡材料。然而，每层不充填二氧化硅或其它粉末，从而使元件24具有一个不同的(比元件20更大的)可压缩性。
应该指出，虽然对于每个元件20-24示出为三层，这些元件可以具有不同数量的层。因此，使用两层或多于三层形成的元件也属于本发明。
在本发明的垫片10的一个实例中，第一和第二垫片元件20，21的每个二氧化硅充填层具有一个公称厚度约为0.080in，以及在寿命期开始时可压缩性为原始厚度的约50％。在另一方面，未充填的第三和第四垫片元件24，25的每层也具有一个公称厚度约0.080in，但具有可压缩性大于其原始厚度的50％，如在下面有关图5的进一步讨论，每层的公称厚度可以根据一系列的因素改变，这些因素比如垫片元件10的设计和使用的特定的材料。此外，其它的纤维毡材料可以使用于各层以代替氧化锆毡。
然而，与材料的选择无关，在本说明情况下，第一和第二垫片元件20，21是完全充填二氧化硅粉末的，以及第三和第四垫片元件是未充填的。借助垫片元件选择的充填，垫片10显示对于端板15a，15b的端面以及双极板19的端面上述的不同的可压缩性，从而有助于补偿双极板与端板比较的生长上的差异(较大的生长)。
尤其是如以上所述，二氧化硅充填的第一和第二垫片元件20，21具有比未充填的第三和第四垫片元件24，25较低的可压缩性。再如以上所述，以及如图3A和3B内所示，端板15a，15b的两端处的端面邻接第一和第二垫片元件20，21，以及垫片10的第三和第四垫片元件24，25的端面区。在堆垛15工作时，端板显示小的尺寸改变，因此增加小的或没有增加压缩载荷至相邻的垫片元件20，21或至垫片元件24，25的相邻部分。相反，第三和第四垫片元件24，25的中心部分经受一个显著的压缩载荷，这是由于双极板19的相邻的端面较大的生长。然而，第三和第四垫片元件24，25的增加的可压缩性由于不存在充填能够适应这种较大的生长和压缩载荷。
图5描述二氧化硅充填的和未充填的垫片元件的相对的可压缩性。如图5内所示，二氧化硅充填的ZYF 100材料在100psi(磅/英寸2)压力下能够被压缩它的原始厚度的约45％的量。然而，在压力大于100psi时充填的ZYF 100显示可压缩性较小的增加。通常，充填的ZYF 100材料不能够被压缩超过它的原始厚度的55-58％的量。与二氧化硅充填的ZYF 100相反，未充填的材料显示极大的可压缩性或柔顺性。尤其是，在约50psi压力下未充填的ZYF 100可以被压缩它的原始厚度的60％的量，在100psi压力下可以被压缩它的原始厚度的70％的量。这样允许未充填的材料适应较大的双极板生长。更具体地说，图5内的水平线代表由于双极板生长在垫片上的平均应变，按照此水平线垫片压缩量为它的原始厚度的约55％。因此，如图5内所示，在垫片元件内使用未充填的ZYF 100适应双极板的补充的生长，以及从而增加需要位置的垫片的柔顺性。
垫片元件选择地充填二氧化硅粉末如上所述，达到在堆垛工作时垫片明显的随动，它取决于特定的垫片加载和使用的材料以及特定的垫片设计。特别地，已发现借助垫片元件选择地充填二氧化硅粉末或其它类似的可压缩粉末材料，而保留选择的垫片元件未充填，此垫片能够适应双极板每面生长的一个补充量(在24mils范围内)。
除去垫片元件选择地充填二氧化硅粉末或类似的粉末之外，本发明还打算使用一个弹性的填隙片，埋置在垫片元件的预选段内，以进一步适应由于双极板生长导致的堆垛—集流腔应力。在本说明的情况下，填隙片是由高温合金片材制造，比如Inconel 718，Waspaloy或Rene 41，或类似的能够耐高温和高应力的条件的高强度超合金材料。
更具体地，转回图4A和4B，一个填隙片35埋置在第一和第二垫片元件20，21内，通过它们的长度，和埋在邻接端板15a，15b的相应的面的第三和第四垫片元件24，25部分内，特别是，在每个垫片元件内的填隙片35设置在垫片元件的两层之间并与此两层平行，比如，例如在第一垫片元件20的两层20a和20b之间以及在第三垫片元件24末端部分的两层24a和24b之间，如内部分地示出在图4A和4B的细节的横剖面中。
图6A是垫片10和堆垛15的一个隅角部分的一个细节图，上述垫片元件的可压缩的材料顶层已移开，以使在每个元件内埋置的弹性，填隙片35可以看见。如以上所述，每个填隙片35平行于埋置它的垫片元件延伸。再者，如在图4A，4B和6A内所见，每个填隙片35具有一个通常长矩形体，其中分段40由矩形体延伸向外限定悬臂。分段40能够借助沿着填隙片35的主体制出U形切口或冲孔而形成，并且制成的分段40保留在一边与填隙片连接。每个分段40在相同的方向上由主体升起或倾斜出，以及成大致相同的角度θ，如图4A和4B更清晰地示出。在所示的情况下，分段40是矩形平面分段，以及角度θ在约2至50°范围内。
应该指出，分段40的形状不局限于平面矩形，因此分段40可以具有不同的形状，也就是可是非矩形的和非平面的，也就是可弯曲或卷曲成相同花样的，而仍按照本发明对垫片提供结构支承和柔顺性。此外，角度θ可以根据分段40的形状改变。
使用图4A，4B和6A所示的结构，每个填隙片35的分段40集体地起一个弹簧的作用，借助其作用，第一和第二垫片元件20，21，以及第三和第四垫片元件24，25的末端部分在一边压紧顶住堆垛端板15a，15b的端面，以及在相对边顶住相关的集流腔。如以上所述，当双极板19生长时，它们向外推动以及压迫未充填的第三和第四垫片元件24，25的中心部分。最终，当双极板继续生长时，使用在第一和第二二氧化硅充填的垫片元件20，21上的载荷减少。尤其是，超过第三和第四垫片元件24，25的最大压缩点，集流腔被从第一和第二垫片元件20，21推出。当作用在第一和第二垫片元件20，21上的、集流腔的载荷减少时，埋置在每个第一和第二垫片元件20，21，以及第三和第四垫片元件24，25末端部分内的弹性填隙片35膨胀，推动其中埋置填隙片35的各层分离，从而提供附加程度的垫片柔顺性，以适应减少的载荷(例如，增加的柔顺性可以在高至约20mils范围内)。
再如图6A和6B所示，每个垫片元件设置为邻接一个介电元件45。更具体地，如由图6B所见，该图是沿图6A的直线6B-6B切取的一个横剖面图。垫片元件21设置在介电条条带45上。借助一层垫片材料52和云母层55，介电条带45与集流腔50隔离。在说明的实施例中，两层云母55使用在介电条带45和金属集流腔50之间，以保证介电条带与集流腔的良好的电隔离，并提供大的电容用于电压绝缘。
图7是一个透视图，示出邻接堆垛面的垫片10的整个表面，示出的垫片10没有顶层，从而使在每个第一和第二垫片元件20，21以及在第三和第四垫片元件24，25的末端区内埋置的填隙片35可以看见。如由图所见，未充填的第三和第四垫片元件24，25的中心部分没有填隙片元件，因此这些区域可以显示最大的可压缩性，以适应以上所述的双极板的生长。
图8是一个曲线图，描述在充填的垫片元件20，21上减少的载荷或压力作为双极板生长的函数的关系。在充填的第一和第二垫片元件20，21上的压力在燃料电池堆垛工作的开始时最高，这时双极板的生长为零或最小。当双极板生长和压迫未充填的第三和第四垫片元件24，25的中心部分和集流腔最终由充填的元件20，21推动出时(这些充填的元件20，21邻接端板15a，15b的端面)，作用在充填的垫片元件20，21上的相关的载荷逐渐地减少。在双极板生长达约0.02in后，作用在充填的垫片元件20，21上的载荷下降，由生长为0.02in时的约193psi减少至生长为0.05in或更大时的零压力。如以上有关图4A和4B以及图6A所述，埋置在第一和第二垫片元件20，21和第三和第四垫片元件24，25末端部分的各层之间的填隙片35引起这些元件膨胀，以适应双极板的任何附加的生长。
图9是一个曲线图，描述在增加的应力下垫片10内每个弹性填隙片35的挠曲。在约20psi应力下，一个经退火、变形和时效的高温合金制造的填隙片显示约0.013in挠曲。悬臂填隙片的最小附加的挠曲是超过20psi应力引起的。
图10-12示出弹性填隙片35一种改进形式的图形，进一步适合包括一个金属包61。金属包61具有相对的平面层61A和61B，它们面对悬臂分段40的相对的表面40A和40B。一个侧壁61C连接平面层61A和61B并包容填隙片35的一个边缘35a。
在使用中，图10-12的填隙片35处于垫片10的各层内，金属包61的侧壁61C面对堆垛的内部，也就是对着堆垛中心。因此侧壁61C帮助延迟的气流通过填隙片35，以及因此通过垫片10。金属包还防止对垫片层任何潜在的损伤，这些损伤可能通过各层与悬臂分段40相互作用而产生。因此，垫片10的整体柔顺性增加。
在所有情况下应该理解，以上所述的装置、方法和安排仅是代表本发明的应用的许多可能的专门的实施例的说明，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可以按照本发明原理容易地设想各种不同的其它排列。
权利要求
1.一种垫片组件，用于放置在一个燃料电池堆垛面和一个集流腔的周边之间，上述的垫片组件一个或多个不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分；以及一个弹性填隙片设置在上述垫片组件的预选段内。
2.按照权利要求1的垫片组件，其特征在于，上述的燃料电池堆垛具有由燃料电池堆垛的端板的端面部分组成的、相对的第一和第二周边部分，以及由燃料电池堆垛的燃料电池的双极板的端面末端部分组成的、相对的第三和第四周边部分，由于上述双极板膨胀至比上述端板一个较大的程度，上述第三和第四周边部分膨胀至比上述第一和第二周边部分较大的程度，其中上述垫片组件具有上述不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分，并包括一个元件，具有上述垫片组件的上述预定部分，上述元件具有第一和第二部分，适合于面对上述燃料电池堆垛的上述面的上述第一和第二周边部分，以及第三和第四部分，适合于面对上述燃料电池堆垛的上述面的上述第三和第四周边部分，上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。
3.按照权利要求2的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一、第二、第三和第四部分是由一种纤维材料的层组成的。
4.按照权利要求3的垫片组件，其特征在于，上述纤维材料是氧化锆毡。
5.按照权利要求3的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分的上述各层充填一种材料从而引起上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。
6.按照权利要求5的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分可以被压缩高达上述第一和第二部分原始厚度的约30-60％的量，以及上述元件的上述第三和第四部分可以被压缩高达上述第三和第四部分原始厚度的约50-80％的量。
7.按照权利要求6的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一和第二部分的原始厚度为0.208-0.308in，以及上述元件的每个上述第三和第四部分的原始厚度为0.208-0.308in。
8.按照权利要求5的垫片组件，其特征在于，上述材料是二氧化硅粉末。
9.按照权利要求2的垫片组件，其特征在于，上述垫片组件具有上述弹性填隙片，上述弹性填隙片的各部分埋置在上述元件的上述第一和第二部分内。
10.按照权利要求9的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括沿着上述弹性填隙片的多个分段，提供上述弹性至上述弹性填隙片。
11.按照权利要求10的垫片组件，其特征在于，上述填隙片的每个上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。
12.按照权利要求11的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片具有一个平的主体，以及上述弹性填隙片的上述各分段是由上述平的主体切割而成，从而使上述弹性填隙片的每个上述分段沿着该分段的一边连接至上述平的主体。
13.按照权利要求12的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述各分段是沿着上述平的主体长度间隔开，并且上述弹性填隙片的每个上述分段的一边位于上述弹性填隙片的每个上述分段的相同边。
14.按照权利要求12的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述各分段设置为与上述平的主体成一个角度θ，并提供柔顺性至上述弹性填隙片。
15.按照权利要求11的垫片组件，还包括一个外金属包包容上述弹性填隙片。
16.按照权利要求15的垫片组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。
17.按照权利要求16的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述一边是适合于面对上述燃料电池堆垛内部的一边。
18.按照权利要求15的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片和上述外金属包包括一种金属材料。
19.按照权利要求9的垫片组件，其特征在于，上述元件的第三和第四部分的两端部适合于面对上述堆垛的上述面的上述第一和第二周边部分，以及上述弹性填隙片的各部分埋置在上述元件的上述第三和第四部分的上述端部内。
20.按照权利要求19的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一、第二、第三和第四部分是由一种纤维弹性材料层组成的，以及埋置在上述元件的上述第一和第二部分内的、上述弹性填隙片的各部分设置在上述第一部分和第二部分的纤维弹性材料各层之间，以及埋置在上述元件的上述第三和第四部分的上述两端内的、上述填隙片的各部分设置在上述第三和第四部分的纤维弹性材料各层之间。
21.按照权利要求20的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分充填一种材料从而引起上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。
22.按照权利要求21的垫片组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分可以被压缩高达上述第一和第二部分原始厚度的约30-60％的量，以及上述元件的第三和第四部分可以被压缩高达上述第三和第四部分原始厚度的约50-80％的量。
23.按照权利要求22的垫片组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一和第二部分的原始厚度为0.208-0.308in，以及上述元件的每个上述第三和第四部分的原始厚度为0.208-0.308in。
24.按照权利要求21的垫片组件，其特征在于，上述的材料为二氧化硅粉末。
25.按照权利要求21的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括沿着上述弹性填隙片的分段，这些分段提供上述弹性至上述填隙片。
26.按照权利要求25的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。
27.按照权利要求26的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片具有一个平的主体，以及上述弹性填隙片的上述各分段是由上述平的主体切割而成，从而使上述弹性填隙片的上述分段沿着该分段的一边连接至上述平的主体。
28.按照权利要求27的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述各分段沿着上述平的主体的长度间隔开，以及上述弹性填隙片的每个上述分段是在上述弹性填隙片的每个上述分段的相同的一边上。
29.按照权利要求28的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述分段设置为相对于上述平的主体成一个角度θ，以及提供柔顺性至上述弹性填隙片。
30.按照权利要求26的垫片组件，其特征在于，还包括包容上述弹性填隙片的一个外金属包。
31.按照权利要求30的垫片组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。
32.按照权利要求31的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述一边是适合于面对上述燃料电池堆垛内部的一边。
33.按照权利要求30的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片和上述外金属包包括一种金属材料。
34.按照权利要求1的垫片组件，其特征在于，上述垫片组件包括一个元件，以及上述弹性填隙片埋置在上述元件内。
35.按照权利要求34的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括沿着上述弹性填隙片的多个分段，所述的分段提供上述弹性至上述弹性填隙片。
36.按照权利要求35的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述分段在上述弹性填隙片的平面上延伸向外。
37.按照权利要求36的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片具有一个平的主体，以及上述弹性填隙片的上述各分段是由上述平的主体切割而成，从而使上述弹性填隙片的每个上述分段沿着该分段的一边连接。
38.按照权利要求37的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述各分段是沿着上述平的主体长度间隔开，以及上述弹性填隙片的每个上述分段的一边位于上述弹性填隙片的每个上述分段的相同边。
39.按照权利要求38的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述各分段设置为相对于上述平的主体成一个角度θ，以及提供柔顺性至上述弹性填隙片。
40.按照权利要求36的垫片组件，还包括一个包容上述弹性填隙片的外金属包。
41.按照权利要求40的垫片组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。
42.按照权利要求41的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述一边是适合于面对上述燃料电池堆垛内部的一边。
43.按照权利要求40的垫片组件，其特征在于，上述弹性填隙片和上述外金属包包括一种金属材料。
44.一种燃料电池堆垛组件，包括一个燃料电池堆垛，该电池堆垛包括在上述堆垛的相对端处的端板；堆垛为在上述端板之间一个对着另一个的多个燃料电池；以及上述燃料电池和上述端板限定上述燃料电池堆垛用的至少一面；一个集流腔邻接上述燃料电池堆垛的一面；以及一个垫片组件，用于放置在一个燃料电池堆垛的上述面和上述集流腔的周边之间，上述垫片组件具有一个或多个不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分；以及一个弹性填隙片设置在上述垫片组件的预选段内。
45.按照权利要求44的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述燃料电池堆垛面具有由燃料电池堆垛的端板的端面部分组成的第一和第二周边部分，以及由燃料电池堆垛的燃料电池的双极板的端面末端部分组成的、相对的第三和第四周边部分，由于上述双极板膨胀至一个程度，大于上述端板，上述第三和第四周边部分膨胀至大于上述第一和第二周边部分的程度，以及其中上述垫片组件具有不同的可压缩性越过上述垫片组件的预定部分，并包括一个元件，上述元件具有上述垫片组件的上述预定部分，并且上述元件具有第一和第二部分适合于面对上述燃料电池堆垛上述面的上述第一和第二周边部分，以及第三和第四部分适合于面对上述燃料电池堆垛上述面的上述第三和第四周边部分，上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。
46.按照权利要求45的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一、第二、第三和第四部分是由一种纤维弹性材料层组成。
47.按照权利要求46的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述纤维弹性材料是氧化锆毡。
48.按照权利要求46的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分的各层充填一种材料，从而导致上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。
49.按照权利要求48的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述材料是二氧化硅粉末。
50.按照权利要求45的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述垫片组件具有上述弹性填隙片，上述弹性填隙片的各部分埋置在上述元件的上述第一和第二部分内。
51.按照权利要求50的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括各分段，它们沿着上述弹性填隙片，提供上述弹性至上述弹性填隙片。
52.按照权利要求51的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述元件的每个上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。
53.按照权利要求52的燃料电池堆垛组件，还包括一个外金属包，包容上述弹性填隙片。
54.按照权利要求53的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。
55.按照权利要求54的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片的一边是适合于面对上述燃料电池堆垛内部的一边。
56.按照权利要求50的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述元件的第三和第四部分的端部适合于面对上述堆垛的上述面的第一和第二周边部分，以及上述弹性填隙片的各部分埋置在上述元件的上述第三和第四部分内。
57.按照权利要求56的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述元件的每个上述第一、第二、第三和第四部分是由一种纤维弹性材料层组成的，以及埋置在上述第一和第二部分内的、上述弹性填隙片的各部分设置在上述第一部分和第二部分的纤维弹性材料各层之间，以及埋置在上述元件的上述第三和第四部分的上述两端内的、上述填隙片的各部分设置在上述第三和第四部分的纤维弹性材料层之间。
58.按照权利要求57的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述元件的上述第一和第二部分的上述各层充填一种材料，从而引起上述元件的上述第一和第二部分具有比上述元件的上述第三和第四部分较低的可压缩性。
59.按照权利要求58的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述材料是二氧化硅粉末。
60.按照权利要求58的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片提供上述弹性至上述弹性填隙片。
61.按照权利要求58的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片的每个上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。
62.按照权利要求61的燃料电池堆垛组件，其特征在于还包括一个外金属包，包容上述弹性填隙片。
63.按照权利要求62的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。
64.按照权利要求63的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述一边是适合于面对上述堆垛的内部的一边。
65.按照权利要求62的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片以及上述外金属包包括一种金属材料。
66.按照权利要求44的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述垫片组件包括一个元件以及上述弹性填隙片埋置在上述元件内。
67.按照权利要求66的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片包括沿着上述弹性填隙片的多个分段，上述分段提供上述弹性至上述弹性填隙片。
68.按照权利要求67的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述分段由上述弹性填隙片的平面延伸向外。
69.按照权利要求68的燃料电池堆垛组件，还包括一个外金属包包容上述弹性填隙片。
70.按照权利要求69的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述外金属包仅在上述弹性填隙片的一边封闭。
71.按照权利要求70的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片的上述一边是适合于面对上述燃料电池堆垛的内部的一边。
72.按照权利要求71的燃料电池堆垛组件，其特征在于，上述弹性填隙片以及上述外金属包包括一种金属材料。
全文摘要
一种燃料电池垫片组件，用于借助放置垫片组件在堆垛面和一个集流腔的周边之间与一个燃料电池堆垛一起使用。堆垛面周边包括在堆垛工作时有不同膨胀的周边部分。垫片组件包括一个元件，适合于具有不同的可压缩性越过元件的预定部分和/或一个弹性填隙片埋置在预选段内，从而使垫片保持与堆垛面和集流腔的周边接触。本发明的垫片组件的结构提供一种柔顺性燃料电池垫片组件，它适应于燃料电池堆垛内双极板生长和末端电池生长，以及保持堆垛和集流腔结构之间的气体密封。
文档编号B32B15/08GK1830101SQ200480021608
公开日2006年9月6日 申请日期2004年4月6日 优先权日2003年7月25日
发明者M·法尔克, 喻肇宜, D·凯利, M·克拉默 申请人:燃料电池能有限公司