專(zhuān)利名稱(chēng)：燃料電池裝置用模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃料電池裝置用的模塊(module,模組，組件)，包 括層疊狀配置的板(plate,極板)，且至少兩枚板其一部分通過(guò)密封元件 (sealing element)而相互結(jié)合。
背景技術(shù)：
這種模塊在由DE10250434A1所7>開(kāi)的內(nèi)容中，在組裝燃料電池時(shí)削 減所需的單格電池(單元電池)的個(gè)數(shù)，且可用非常少的工序數(shù)來(lái)組裝的 方面是有利的。此外，不需要固定板的追加措施。其原因在于，是由通過(guò) 摩擦連接和/或配合連接(嵌合連結(jié))而與板結(jié)合的密封元件來(lái)進(jìn)行該固定。 板，在這種情況下，可以認(rèn)為大都形成為雙私仗，并用于PEM燃料電池。 密封元件在這種情況下，常常是在注射模塑成形工藝期間被安裝于板。這 種情況的缺點(diǎn)在于，因密封元件的收縮工藝，而在板之間產(chǎn)生局部的泄漏， 由此存在使得制冷劑液體或者燃料電池氣體流出的可能性?；蛘?，密封材 料,皮壓入到板間的中間空間內(nèi)，并因其隔離作用而產(chǎn)生電阻的上升。由于 這種密封裝置在非破壞的方法中無(wú)法看到密封部位，因此品質(zhì)確保和檢查 是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題在于，提供一種作為燃料電池裝置用模塊，能夠可靠地 防止板間的泄漏的部件。
上述課題，是由技術(shù)方案1及9的各特征解決的。在從屬技術(shù)方案中 記載了有利的構(gòu)成。
為了解決上述課題，在各板之間至少再設(shè)置另一個(gè)密封。本發(fā)明，在將兩松敗結(jié)合為不可拆卸的狀態(tài)之前，在板的至少一方(至少一個(gè)板)安 裝該密封。根據(jù)密封材料和密封幾何形狀的設(shè)計(jì)，在將板組合后，可獲得 符合該密封的規(guī)定的緊固。由此能夠可靠地獲得密封作用，從而抑制板間 的泄漏。在本發(fā)明的解決方法的情況下，無(wú)需以特別高的壓力將密封元件 的密封材料壓入到密封部位。由于密封性已經(jīng)通過(guò)另外一個(gè)密封元件而獲 得。由此防止密封材料溢出到板之間，因而不損害模塊的導(dǎo)電性。
在各板的相互對(duì)面?zhèn)仍O(shè)置多個(gè)凹部，并可在這些凹部上，配置上述另 一個(gè)密封。將這些凹部形成為密封槽，這些槽，可以設(shè)置在一方的板上或 者雙方板的相互對(duì)面?zhèn)取Ｔ谶@些凹部上，配置上述另一個(gè)密封。
這些板，可以形成為組裝了冷卻裝置的雙私板。燃料電池單元，特別
是PEM燃料電池單元的一個(gè)元件，包括配置在兩枚雙;^U1之間的離子交 換膜。在這種情況下，兩個(gè)相鄰單元的各兩枚雙極板(元件)，被組成為一 個(gè)模塊。這些雙極板具備朝向膜供氣的氣體供給構(gòu)造，并通過(guò)該供給構(gòu)造 將反應(yīng)氣體引導(dǎo)至膜。朝向另一雙M設(shè)置有多個(gè)凹部，這些凹部，將液 體制冷劑引導(dǎo)至各雙^L之間，這樣就能夠控制燃料電池的動(dòng)作溫度。上 述另一個(gè)密封，在雙極板中，配置在設(shè)置有用于冷卻裝置的凹部的一側(cè)。 另外，在這些雙機(jī)板上設(shè)置有多個(gè)貫穿口，通過(guò)該貫穿口，反應(yīng)氣體和制 冷劑在雙^JL中被引導(dǎo)。上述另一個(gè)密封，防止反應(yīng)氣體溢出，或者液體 制冷劑泄漏。
上述另一個(gè)密封，可以形成為注射模塑成形部件。因此，可以通過(guò)注 射模塑成形使密封材料進(jìn)入到上述凹部，同時(shí)在該密封的表面實(shí)施異形化。 這種密封，由彈性材料，例如EPDM或者FKM (氟橡膠)構(gòu)成是有利的。 這些密封，可以筒單且便宜地制造。
上述另一個(gè)密封，可以形成為粘結(jié)結(jié)合體。這可以設(shè)為由適當(dāng)?shù)恼辰?劑構(gòu)成的粘接劑凸緣(bead，翻邊密封墊)，或者由環(huán)氧樹(shù)脂構(gòu)成的粘結(jié)結(jié) 合體。在這種情況下，通過(guò)插入粘結(jié)結(jié)合體，1^進(jìn)行緊固，就能夠產(chǎn)生 兩松敗的固定結(jié)合。該粘結(jié)結(jié)合，通過(guò)隨后進(jìn)行的熱處理就能夠最佳化。 如果沒(méi)有對(duì)結(jié)合的高度的要求，則無(wú)需用密封元件再將板彼此進(jìn)一步結(jié)合。上述另一個(gè)密封，可以形成為扁平密封。扁平密封，作為用于靜態(tài)地 結(jié)合平面的部件，是一直以來(lái)公知的。扁平密封，可以通過(guò)材料掩^(素 材接合)或者摩擦/配合接合而與板結(jié)合。
上述另一個(gè)密封，可以將表面異形化。表面的異形化，例如為凸緣形、 波形、梳狀的突起、或者具有凸面/凹面的表面幾何形狀。這些異形化，在 密封部位即使初期緊固力較小也產(chǎn)生接觸應(yīng)力的提高，由此獲得密封作用 的改善。
上述另一個(gè)密封，可以為由o形環(huán)構(gòu)成的密封。o形環(huán)也同樣，作為 用于靜態(tài)密封的部件，是一直以來(lái)公知的密封元件。o形環(huán)，被插入到與
該o形環(huán)適合的槽中并緊固。
在另一實(shí)施方式中， 一個(gè)板具備至少一個(gè)突起，該突起與密封元件相 鄰配置，形成上述另一個(gè)密封。該突起，在組合板時(shí)與另一個(gè)板接觸，并
在該突起區(qū)域產(chǎn)生表面壓局部的增加。通it^面壓的增加獲得在該區(qū)域密 封性的改善，由此能夠防止密封元件的密封材料在注射模塑成形時(shí)溢出。 這是特別有利的。其原因在于，在密封元件生成后，板被相互固定結(jié)合， 因而不能對(duì)密封部位再作業(yè)?？梢允乖撏黄鹦螤畹牧硪粋€(gè)密封，與上述另 一個(gè)密封中的一個(gè)進(jìn)行組合。
在一個(gè)板上設(shè)置兩個(gè)圓形環(huán)繞的突起，這些突起分別與密封元件相鄰 配置，能夠形成上述另一個(gè)密封。由此能夠防止密封元件在兩個(gè)方向都溢 出。
這些突起，可以與板為同樣材料且形成為一體型。這些突起，可以在 成型板時(shí)設(shè)置。在金屬板的情況下，在石墨板的情況下，都能夠獲得有利 的密封作用。
該突起，可以形成為三角形。三角形的突起，特別易于制造且易于分 離。另外該突起特別穩(wěn)定，并產(chǎn)生特別高的表面壓。
另一板，具備至少一個(gè)與突起相適合(適配)的凹部。由于該方法， 能夠?qū)⑦@些板相互非常正確地配置因此是有利的。由此，省略注射模塑成 形前的板繁雜的定向。由此，板的制造變得更簡(jiǎn)單且便宜?？偸悄軌?qū)⒋?br> 6過(guò)兩松板的孔或者連接元件，非常正確地定向。由于能獲得兩禮板的配合
結(jié)合，因此兩^Ul在接合后相互位置沒(méi)有移動(dòng)。
在制造燃料電,塊的本發(fā)明方法的情況下，首先制造各板，其次在 這些板上配置上述另一個(gè)密封，并將兩M^，以將密封元件與板結(jié)合， 在該結(jié)合時(shí)，是j吏兩M相互結(jié)合。


使用以下附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的模塊的幾個(gè)實(shí)施例；
圖1是本發(fā)明的模塊的橫剖視圖2是在外側(cè)周?chē)渲昧嗣芊庠哪K；
圖3是具備一定橫截面的貫穿口的模塊；
圖4是具*質(zhì)流路和多個(gè)"另一個(gè)密封"的模塊；
圖5是密封元件形成介質(zhì)流路內(nèi)襯的模塊；
圖6是具^(guò)h質(zhì)流路和多個(gè)密封元件的模塊；
圖7是具備兩個(gè)與密封元件相鄰的突起的模塊；
圖8是具備兩個(gè)與密封元件相鄰且容納于矩形槽的突起的模塊。
具體實(shí)施例方式
各圖分別表示燃料電池裝置用模塊，在這些實(shí)施例中為PEM燃料電 池用的模塊l。模塊l,由層疊狀配置的兩枚板2、 3構(gòu)成，這些板其一部 分通過(guò)密封元件4而相互結(jié)合。因此板2、 3，具備作成長(zhǎng)孔形的貫穿口 9， 為了形成開(kāi)口 10，這些貫穿口相互錯(cuò)開(kāi)位置配置。板2、 3為石墨雙, (graphite bipolar plate )，分別在相互對(duì)面?zhèn)染邆淅鋮s裝置7。冷卻裝置7 由冷卻盤(pán)管狀的凹部構(gòu)成。在板2、 3之間，分別至少再配置另一個(gè)密封5。 為此在板2、 3的相互對(duì)面?zhèn)仍O(shè)置凹部6，在這些凹部中，配置有上述另一 個(gè)密封5。以下表示的模塊l,分別是一個(gè)實(shí)施例，然而也可以考慮密封元 件4與各種不同的實(shí)施例的上述另一個(gè)密封5相互組合的其它的實(shí)施例。
在制造模塊l時(shí)，首先制逸敗2、 3。其次，如有必要?jiǎng)t在板2、 3上施加凹部6，并在該凹部中配置上述另一個(gè)密封5。接下來(lái)將兩抝板2、 3 ，將密封元件4與板2、 3#，此時(shí)該密封元件4是通過(guò)配合結(jié)合而 將兩枚板2、 3進(jìn)行相互結(jié)合。分別在板2、 3的相互相反側(cè)的面上，各配 置一個(gè)流路13、 14。流路13、 14，形成兩個(gè)相鄰的燃料電池單元的陽(yáng)極 13和陰極14。通過(guò)流路13、 14,向膜(在此未圖示)進(jìn)行反應(yīng)氣體的供 給。膜配置在陽(yáng)極13和陰極14之間。
圖1，表示將上述另一個(gè)密封5形成為O形環(huán)的模塊1，在這種情況 下，上述另一個(gè)密封5配置在板2、 3的凹部6中。密封元件4由EPDM 構(gòu)成，或者在另一實(shí)施例中由FKM構(gòu)成，并通過(guò)注射模塑成形而配置在 貫穿口9中。貫穿口9，位于板2、 3的內(nèi)部具有較小的橫截面積。密封元 件4具備凸緣(bead)狀的突起ll。
在圖2表示的模塊1的情況下，密封元件4配置在板2、3的外側(cè)周?chē)?由此使板2、 3配合結(jié)合。在該實(shí)施例的情況下，上述另一個(gè)密封5形成為 注射模塑成形部件，該另 一個(gè)密封5具備異形化的表面8。
圖3表示與圖1同樣的模塊l,然而在該構(gòu)成中，貫穿口9具有一定 的橫截面。在該實(shí)施例的情況下，上述另一個(gè)密封5形成為平密封(扁平 密封，flat seal )。
圖4,表示具有引導(dǎo)反應(yīng)氣體的介質(zhì)流路12的板。該介質(zhì)流路12，由 密封元件4，和對(duì)于冷卻裝置7的另一個(gè)密封5，,皮分別密封。
圖5表示與圖4同樣的模塊1，然而在這種情況下，密封元件4形成 介質(zhì)流路12的內(nèi)襯。在該實(shí)施例中，上述另 一個(gè)密封5形成為粘結(jié)結(jié)合體。
圖6也表示與圖4同樣的模塊l，然而在該構(gòu)成中，貫穿口9具有一 定的橫截面。
圖7，表示一個(gè)燃料電池裝置用模塊，在該實(shí)施例的情況下為PEM燃 料電池用模塊l。模塊l，由層疊狀配置的兩枚板2、 3構(gòu)成，這些板，其 一部分通過(guò)密封元件4相互結(jié)合。為此這些板2、 3，具備長(zhǎng)孔形狀的貫穿 口 9，為了形成開(kāi)口 10，這些貫穿口相互錯(cuò)開(kāi)位置配置。板2、 3是石墨雙 極板，在相互對(duì)面?zhèn)染邆淅鋮s裝置7。冷卻裝置7，由冷卻盤(pán)管狀的凹部構(gòu)
8成。在板2、 3之間，分別至少再配置另一個(gè)密封5。這些另一個(gè)密封5， 在該實(shí)施例中，由配置在密封元件4的兩側(cè)的突起15構(gòu)成。這些突起，與 板3為同樣材料且形成為一體型，因此為由石墨制成。突起15形成為圓形 環(huán)繞的提壩狀。在板2，在密封元件4的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)同樣是圓形環(huán)繞 的凹部16，且這些凹部形成為適合于突起15。
圖8，是與圖7同樣的模塊1。在該實(shí)施例中，突起15所設(shè)置的凹部 16形成為矩形的槽。在這種情況下，突起15,在該圖中形成為V字形， 然而在緊固兩M2、 3時(shí)，可以將該突起的材料壓入凹部16的內(nèi)部留出 的自由的空間。因此突起15,其高度可以大于凹部16的深度，從而獲得 特別密封的結(jié)合。突起15也可以作成與此不同的形狀，在這種情況下，可 以將突起15形成為例如半圓形或者拋物線(xiàn)形。
權(quán)利要求
1.一種模塊，是包括層疊狀配置的板(2、3)，且至少兩枚板(2、3)其一部分通過(guò)密封元件(4)而相互結(jié)合的燃料電池用模塊(1)，其特征在于，在板(2、3)之間，至少再配置另一個(gè)密封(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，在上i^L(2、 3)的相互對(duì)面?zhèn)萯殳置有凹部(6)，在該凹部中配置有上述另一個(gè)密封(5)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的模塊，其特征在于，上述板(2、 3)形成為組裝有冷卻裝置(7)的雙機(jī)板。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述另一個(gè)密封(5)形成為注射模塑成形部件。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述另一個(gè)密封(5)形成為粘結(jié)結(jié)合體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述另一個(gè)密封(5)形成為扁平密封。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述另 一個(gè)密封(5 )，具備異形化的表面(8 )。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述另一個(gè)密封(5)由O形環(huán)構(gòu)成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，其中一個(gè)板(3)至少具備一個(gè)突起(15)，該突起與密封元件(4)相鄰配置、并且形成上述另一個(gè)密封(5)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊，其特征在于，其中一個(gè)板(3)具備圓形環(huán)繞的兩個(gè)突起(15)，該突起與密封元件(4)相鄰配置、并且形成上述另一個(gè)密封(5)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的模塊，其特征在于，上述突起(15)，與板(3)為同樣材料且形成為一體型。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9至11中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述突起(15)形成為三角形。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9至12中的任意一項(xiàng)所述的模塊，其特征在于，上述另一個(gè)板(2)具備至少一個(gè)與上述突起(15)相適配的凹部(16)。
14. 一種方法，是制造上述各權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的模塊(1)的方法，其特征在于，制狄(2、 3)，在板(2、 3)上，配置上述另一個(gè)密封(5)，接合上述兩抝仗(2、 3),將密封元件(4)與板(2、 3)結(jié)合，通過(guò)該結(jié)合使得兩枚板(2、 3)相互結(jié)合。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燃料電池用模塊(1)。該模塊，包括層疊狀配置的板(2、3)，且至少兩枚板(2、3)其一部分通過(guò)密封元件(4)而相互結(jié)合，至少另一個(gè)密封(5)，配置在板(2、3)之間。
文檔編號(hào)H01M8/02GK101542792SQ200780033518
公開(kāi)日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2007年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者S·蓋斯 申請(qǐng)人:Nok株式會(huì)社