專利名稱：可形變的燃料電池氣體集流管系統(tǒng)的制作方法
相互參考的有關(guān)申請(qǐng)本申請(qǐng)是2000年8月11日提出的待審專利申請(qǐng)No.09/636452的部分繼續(xù)申請(qǐng)。
關(guān)于聯(lián)邦資助研究或者發(fā)展項(xiàng)目的聲明。
本發(fā)明是在美國(guó)能源部給予的政府資助下完成的，資助合同號(hào)為No.PDI6533。因此，對(duì)于本發(fā)明，政府具有某些權(quán)利。
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及具有外部集流管的燃料電池組，具體涉及用于將氣體輸送到燃料電池組端面或者從該端面排出氣體的外部集流管系統(tǒng)。
燃料電池是一種裝置，這種裝置可以將形式為燃料(例如，天然氣、沼氣、甲醇、柴油燃料等)的化學(xué)能用電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)換成電能。像電池一樣，燃料電池包括兩個(gè)電極，即陽(yáng)極和陰極。和燃料電池不同，燃料電池只要將燃料和氧化劑分別輸送到陽(yáng)極和陰極便可以產(chǎn)生電能。燃料電池和通用的傳統(tǒng)發(fā)電工藝(即IC發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電裝置、氣體和蒸汽渦輪機(jī))相比的主要優(yōu)點(diǎn)是，燃料電池可以不通過(guò)燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。因此，燃料電池的效率和熱機(jī)不一樣，不受熱力學(xué)上卡諾循環(huán)的限制。這樣便使得燃料電池系統(tǒng)的工作效率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)發(fā)電裝置的效率高。由此可以降低燃料的用量和燃料產(chǎn)生的副產(chǎn)物。另外，由于在燃料電池中，化學(xué)反應(yīng)的可控特性和相當(dāng)?shù)偷幕瘜W(xué)反應(yīng)溫度，所以該系統(tǒng)對(duì)于碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氮的氧化物和硫化物等污染物幾乎是零排放?br> 燃料電池通常配置成疊層。燃料電池組包括很多單個(gè)的電池，可以分成為集流管裝在內(nèi)部的組件或者集流管裝在外部組件。在集流管裝在內(nèi)部的組件中，輸送燃?xì)夂脱趸瘎┑臍怏w通道本身形成在燃料電池板中。在集流管裝在外部的組件中，燃料電池的板在其端部具有開(kāi)口，利用封接在燃料電池組相應(yīng)端面上的集流管或者盤(pán)輸送氣體。因此集流管形成密封通道，將燃料和氧化劑氣體輸送到燃料電池，并使這種氣流流入組件。由此可以防止氣體滲漏到環(huán)境中或者滲透到其他集流管中。集流管必須在燃料電池操作和長(zhǎng)期使用所要要求的條件下執(zhí)行這種功能。
燃料電池組集流管性能的一個(gè)重要方面，是在集流管邊緣和組件端面之間形成氣體密封。因?yàn)榻M件端面通常是導(dǎo)電的，沿其長(zhǎng)度具有電位梯度，而集流管通常用金屬制作，所以需要絕緣件，使集流管和燃料電池組絕緣，防止集流管短路組件。絕緣件通常用陶瓷制作，這種陶瓷很容易碎裂；因此在燃料電池組工作期間，集流管作用在組件端面上的壓力，或者由于在燃料電池操作期間作用在集流管系統(tǒng)上的熱應(yīng)力或機(jī)械應(yīng)力引起的集流管的其他機(jī)械變形，將破壞絕緣件。
燃料電池組集流管的其他要求涉及這樣的事實(shí)，即，燃料電池組在其使用期間，因?yàn)殡姵夭考诟邷叵碌娜鋭?dòng)和密度增大，將發(fā)生收縮。對(duì)于高的燃料電池組(約300個(gè)燃料電池或者更多的電池的重疊)，總的高度可能降低2-3英寸。這意味著，連續(xù)的金屬集流管不能固定在組件的頂端和底端，而必須要能夠在操作期間，適應(yīng)組件尺寸的這種變化。因此，用于將氣流引入到燃料電池組的集流管系統(tǒng)必須要有足夠的形變量，以便隨組件活動(dòng)，而且還必須保持氣密性。另外，如上所述，必須至少部分地吸收組件操作期間，作用在集流管上的應(yīng)力，從而不至于破壞陶瓷絕緣件。
由于操作之前的制造缺陷和操作期間固有的不均勻溫度分布，所以高的燃料電池組容易彎曲。在高溫下，組件頂部的水平形變相對(duì)于組件的底部可以達(dá)到約1-2英寸。這樣便進(jìn)一步增加了集流管的受力，為了保持氣密性，集流管必須隨組件的彎曲而彎曲。
燃料電池工作在環(huán)境溫度以上的溫度(聚合物電解燃料電池“PEFC”工作在約80℃；磷酸燃料電池“PAFC”工作在約200℃；熔融碳酸鹽燃料電池“MCFC”工作在約650℃；固體的氧化燃料電池“SOFC”工作在約1000℃；)。因此，選擇的材料和機(jī)械設(shè)計(jì)必須使得部件能夠達(dá)到燃料電池組的工作壽命(通常為若干年)。還需要根據(jù)這些部件的工作環(huán)境考慮到部件的應(yīng)力和腐蝕。在MCFC和SOFC的情況下，溫度相當(dāng)高，壽命相當(dāng)長(zhǎng)，因而在這些燃料電池設(shè)計(jì)中，必須考慮到金屬部件的長(zhǎng)期蠕動(dòng)。
本申請(qǐng)受讓人現(xiàn)在用于較高碳酸鹽燃料電池組的燃料電池集流管系統(tǒng)是一種如

圖1A示出的系統(tǒng)，包括沿組件長(zhǎng)度配置的固定軌道和盤(pán)形集流管主體。絕緣件通常利用半月形鍵固定于集流管。這種集流管系統(tǒng)由于組件成比例地產(chǎn)生較小彎曲和形變，因此對(duì)于較短的組件(約40個(gè)燃料電池或者更小燃料電池重疊)，更有效一些。在這種集流管系統(tǒng)中所用的部件用高溫耐腐蝕材料制作，例如用鎳基合金和不銹鋼制作。
上述集流管系統(tǒng)還與具有大量不同部件的保持系統(tǒng)配合工作，從而滿足將均勻分布的正常負(fù)載加在集流管上的要求，該保持系統(tǒng)保持集流管與組件的密封，并允許組件既能收縮也能彎曲。在這種設(shè)計(jì)中所選用的材料、幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及大量的部件使得這種燃料電池成本高、重量大，而且難于組裝。另外，現(xiàn)在本申請(qǐng)受讓人使用的與集流管系統(tǒng)聯(lián)用的保持系統(tǒng)設(shè)計(jì)成完全獨(dú)立于集流管操作，因而造成使用過(guò)多的部件，這增加了成本和重量，并且增加了燃料電池組的復(fù)雜性。
因此本發(fā)明的目的是提供一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以消除上述缺點(diǎn)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)，該系統(tǒng)成本低，不太復(fù)雜，而且容易制造的。
本發(fā)明的再一目的是提供一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以形變而適應(yīng)組件的彎曲和收縮，同時(shí)可以保持氣密性。
本發(fā)明的又一目的是提供一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括絕緣的夾具裝置，該裝置可以減少和消除絕緣件的損壞。
本發(fā)明的又一目的是提供一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)，該系統(tǒng)只需少量部件，并可以達(dá)到更有效的氣體密封。
發(fā)明概要按照本發(fā)明的原理，一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)上述目的和其他目的，該系統(tǒng)包括形狀為盤(pán)子形狀的集流管主體，該主體具有中央?yún)^(qū)域，該中央?yún)^(qū)域具有至少一個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分，該折合部分連接中央?yún)^(qū)域的相鄰部分。該盤(pán)子具有從中央?yún)^(qū)域四周邊緣伸出的側(cè)壁，該側(cè)壁上具有側(cè)壁折合部分。該集流管系統(tǒng)還包括軌道組件，絕緣件固定于該組件，以便將集流管主體連接于燃料電池組的端面上。
每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分和側(cè)壁折合部分可以使集流管主體與燃料電池組的端面保持密封關(guān)系，同時(shí)可以彎曲，以配合工作期間燃料電池組幾何尺寸的變化。因此，本發(fā)明的集流管系統(tǒng)可以接納由于溫度變化和部件蠕動(dòng)引起的燃料電池組的收縮和彎曲，同時(shí)可以保持與燃料電池組端面的氣密性，并吸收機(jī)械和熱應(yīng)變。
在下面要說(shuō)明的本發(fā)明的實(shí)施例中，沿中央?yún)^(qū)域的長(zhǎng)度有許多分開(kāi)的中央?yún)^(qū)域折合部分，每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分從中央?yún)^(qū)域的平面沿第一指向伸出，在相對(duì)兩側(cè)鄰接相應(yīng)的側(cè)壁折合部分，該側(cè)壁折合部分從側(cè)壁的平面沿第二指向伸出，該第二指向與第一指向相反，由此形成復(fù)合的折合部分。在側(cè)壁的第一部分中包括側(cè)壁折合部分，該第一部分從中央?yún)^(qū)域沿第一方向從外伸出。該側(cè)壁還包括第二部分，該部分沿第二方向從第一部分伸出。該第二部分形成端面，具有溝槽，該溝槽接著側(cè)壁折合部分，從而接納這些折合部分。
在公開(kāi)的實(shí)施例中，集流管系統(tǒng)還包括軌道組件，該軌道組件固定在集流管主體的四周邊緣，包括固定在由側(cè)壁第二部分形成的端面上。該軌道部件至少部分穿過(guò)其厚度局部切開(kāi)，從而在接著復(fù)合折合部分的位置形成切口。該軌道組件還適合于用銷釘將軌道組件固定在絕緣件上，該絕緣件用于使軌道組件和集流管與燃料電池組絕緣。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明后，可以明顯看出本發(fā)明的上述特征和方面以及其他的特征和方面，這些附圖是圖1A是透視圖，示出集流管裝在外面的先有技術(shù)燃料電池組；
圖1B是沿圖1A的1B-1B線截取的詳細(xì)截面圖，示出圖1A所示先有技術(shù)集流管裝在外面的燃料電池組中絕緣件和集流管主體之間的連接；圖2A是透視圖，示出按本發(fā)明原理制造的集流管系統(tǒng)的集流管主體；圖2B是詳細(xì)圖，示出圖2A所示集流管主體中在圖2A用圓圈“E”圈住的一部分；圖3A是頂視平面圖，示出按本發(fā)明原理制造的集流管系統(tǒng)的軌道組件；圖3B是橫截面圖，示出沿圖3A的3B-3B線截取的圖3A所示的軌道組件；圖3C是透視圖，示出圖3A所示的軌道組件，圖中絕緣件已固定于軌道組件；圖4A是頂視平面圖，示出按本發(fā)明原理制造的集流管系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有圖2A所示的集流管主體和圖3A所示的軌道組件；圖4B是圖4A所示集流管系統(tǒng)的前視圖；圖5A是圖2A所示集流管主體的頂視圖，示出上面的復(fù)合折合部分；圖5B是沿圖5A的5B-5B線截取的集流管主體的橫截面圖；圖5C是詳細(xì)圖，示出圖5B中用圓圈“D”圈住的那部分集流管主體；圖6A是透視圖，示出圖4A所示集流管系統(tǒng)的下側(cè)面；圖6B是詳細(xì)圖，示出圖6A所示集流管系統(tǒng)的用圈圈住的部分“A”；圖6C是詳細(xì)圖，示出圖6A所示集流管系統(tǒng)的用圈圈住的部分“B”。
詳細(xì)說(shuō)明如圖1A所示，在先有技術(shù)的外部集流管系統(tǒng)中，將4個(gè)同樣的集流管10固定在燃料電池組15上，以相對(duì)的方式固定在位于組件上下端板20之間的組件側(cè)面上或者端面上。在所示的集流管裝在外面的燃料電池組15中，每個(gè)單一的集流管10起空氣或者燃料氣流流過(guò)組件燃料電池的入口和排氣口作用。每個(gè)集流管10沿其邊緣由氣體密封件25密封在組件15上，該氣體密封件由集流管軌道和固定在該軌道上的絕緣件形成，從而可以保持空氣和燃料氣流的方向，并使得氣體保持分開(kāi)，而且可以使集流管與組件電絕緣。
為使集流管10保持氣體密封件25，這些部件必須達(dá)到足夠形變，以便接納組件15的物理尺寸變化，這些變化包括在組件工作期間由于部件蠕變和熱膨脹或者熱收縮引起的收縮和彎曲。單件的集流管10的形變一般限于制造集流管和軌道的材料的形變。當(dāng)集流管的盤(pán)子和軌道一般用鋼或者其他剛性材料制作時(shí)，在工作期間，組件的彎曲和收縮通常將一定的壓力作用在集流管系統(tǒng)上，這種壓力超過(guò)了其形變，使得在集流管10和組件15之間的氣體密封件25受到破壞或者使集流管裂開(kāi)。
如圖1B所示，在每個(gè)集流管軌道30和其相應(yīng)組件端面之間的是絕緣件35，該絕緣件使集流管10(在圖1B中未示出)與組件15電絕緣。該絕緣件35用半月形鍵40連接于集流管軌道部件30。該絕緣件35用易碎的陶瓷材料例如氧化鋁陶瓷制作。為了保持集流管10和組件端面之間氣體密封件25的完整性，重要的是要防止絕緣件35破裂。由于燃料電池組工作期間引起的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，集流管10受到壓力作用，因此在絕緣件35上受到壓力作用。由于利用半月形鍵40將容易破裂的絕緣件固定就位，所以該絕緣件不能沿組件15的側(cè)面響應(yīng)集流管10的彎曲而彎曲，因此容易破裂。
如圖2A-2B和5A-5C所示，本發(fā)明的集流管系統(tǒng)包括具有盤(pán)子形狀的集流管主體45，該主體具有長(zhǎng)方形的中央?yún)^(qū)域52，該中央?yún)^(qū)域的四周邊緣由第一和第二相對(duì)的側(cè)邊52A和52B以及第三和第四相對(duì)側(cè)邊52C和52D確定。盤(pán)子的側(cè)壁54從中央?yún)^(qū)域52的四周邊緣向外伸出。該中央?yún)^(qū)域52具有至少一個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分，在所示的情況下，具有許多中央?yún)^(qū)域折合部分，圖中示為折合部分62，這些折合部分連接中央?yún)^(qū)域52的相鄰部分。每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分62在其相對(duì)的橫向端部和側(cè)邊鄰接側(cè)壁折合部分64，每個(gè)側(cè)壁折合部分連接側(cè)壁54的相鄰部分。
在所示的情況下，每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分62從中央?yún)^(qū)域的平面沿第一指向(表示為向外)伸出，而每個(gè)側(cè)壁折合部分64側(cè)沿第二指向(表示為向內(nèi))從側(cè)壁的平面伸出，該第二指向與第一指向相反。因此每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分62和鄰接的側(cè)壁折合部分64一起形成復(fù)合折合部分60，該復(fù)合折合部分連接集流管主體45的鄰接盤(pán)子50。
鄰接中央?yún)^(qū)域52每個(gè)側(cè)邊52A和52B的側(cè)壁54具有第一側(cè)壁部分54A，隨后是第二側(cè)壁部分54B。側(cè)壁部分54A沿第一方向從中央?yún)^(qū)域52向外伸出，而第二側(cè)壁部分沿第二方向從第一部分伸出。如圖所示，第一部分54A相對(duì)于中央?yún)^(qū)域52是傾斜的。第二部分在位于垂直于中央?yún)^(qū)域平面的方向上，并形成集流管主體45的端面。
鄰接中央?yún)^(qū)域的邊52C和52D的側(cè)壁54具有相應(yīng)的側(cè)壁部分54C和54D，這些側(cè)壁部分中的每個(gè)部分也沿垂直于中央?yún)^(qū)域的方向沿伸，并像側(cè)壁部分54B一樣，形成集流管組件45的端面。在圖2B中詳細(xì)示出盤(pán)子部分50的包含端面54B的側(cè)壁54、端面54D和中央?yún)^(qū)域52的相對(duì)幾何形狀。
如上所述，集流管主體45的相鄰盤(pán)子部分50由復(fù)合折合部分60連接，該復(fù)合折合部分由中央?yún)^(qū)域52和側(cè)壁54上形成的相鄰側(cè)壁折合部分64形成。如圖所示，每個(gè)側(cè)壁折合部分64在側(cè)壁部分54A上形成，而鄰接每個(gè)折合部分64的側(cè)壁部分54B在54E形成槽口，以便接納該折合部分。
采用集流管主體45的上述結(jié)構(gòu)，可以這樣配置集流管，使側(cè)壁54的邊緣鄰接組件的端面。在集流管主體45上形成的復(fù)合折合部分60使得集流管主體可以膨脹和收縮，以便適應(yīng)組件的膨脹和收縮。因此，極大地簡(jiǎn)化和更方便地組裝集流管組件。
按照本發(fā)明，可以利用具有圖3A-3C所示軌道組件70和集流管組件45。該軌道組件70有助于使集流管主體45形成與相應(yīng)組件端面的氣體密封件面，并可以在組件的各種操作條件下保持密封性。
下面參考圖3A-3C，該軌道組件70包括相對(duì)的軌道部件72和74以及第三和第四相對(duì)的軌道部件75和76，軌道部件72和74的內(nèi)表面72A和74A適合于固定在集流管主體45的端面54C和54D上，而軌道部件75和76的內(nèi)表面75A和76A適合于固定在集流管主體45的端面54B上。具體是，軌道部件72和74配置成與鄰接組件端板的燃料電池組端面的相對(duì)兩邊對(duì)準(zhǔn)，而軌道部件75和76配置成與燃料電池組端面的另外兩個(gè)相對(duì)邊對(duì)準(zhǔn)。這樣便使集流管組件45與組件端面相對(duì)，并且端面54B、54C和54D的邊緣與組件端面的側(cè)面接觸。
如圖所示，軌道部件75和76二者的長(zhǎng)度均超過(guò)軌道部件74的端部(見(jiàn)圖3A和圖3C)。每個(gè)軌道部件75和76的延伸部分支承一個(gè)襯墊(未示出)，該襯墊可以隨組件移動(dòng)并接納組件的收縮，使得絕緣部件保持固定在軌道上。
每個(gè)軌道部件75和76還具有切口或者局部切口80，該切口在對(duì)應(yīng)于集流管主體45上的復(fù)合折合部分60和切口54E的位置，部分穿過(guò)其一部分厚度(見(jiàn)圖4A)。如圖3B所示，每個(gè)切口80切入到軌道75中，穿過(guò)相當(dāng)部分的軌道厚度(圖中示為約厚度的3/4)。在軌道部件75和76上切口80的位置與集流管主體45上的復(fù)合折合部分60對(duì)準(zhǔn)，從而使得軌道部件可以隨集流管主體的形變而形變，從接納組件尺寸的變化。因此，切口80使得軌道部件可以形變，這種形變與復(fù)合折合部分給予的集流管主體的形彎相結(jié)合，可以在燃料電池組操作期間，在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力作用在集流管系統(tǒng)的條件下，增強(qiáng)氣體密封件與組件端面的整體性。
圖4A-4B示出裝在一起的軌道組件70和集流管主體45。如上所示，集流管主體固定在軌道組件72、74、75和76的內(nèi)表面72A、74A、75A和76A上。該軌道組件70因此起集流管組件45支架的作用，該集流管組件固定在軌道組件的里面。從圖4B可以看出這一點(diǎn)，在圖4B中，可以看到集流管主體45的端面54D、側(cè)壁部分54A、中央?yún)^(qū)域52和中央?yún)^(qū)域折合部分62。然而在圖4B中，集流管主體45側(cè)壁部分54B形成的端面由于軌道部件75和76擋住而看不見(jiàn)，端面54B與該軌道部件75和76對(duì)接。同樣，集流管主體45端表面54D的下部分平齊地固定在與其相接的軌道部件72上。
下面回到圖3C，其尺寸與軌道部件基本上相同的個(gè)別絕緣件85(在圖3C中表示為陰影層85)襯在軌道部件的頂表面上，并且最好固定在該頂表面上。固定于軌道部件75和76的絕緣件其長(zhǎng)度基本上與這些軌道部件上切口80之間的軌道部分長(zhǎng)度相同，所以每個(gè)絕緣件85之間的分開(kāi)處靠近切口80。在這種配置中，每個(gè)絕緣件85可以隨該垂直軌道部件75或者76上固定它的相應(yīng)那部分軌道活動(dòng)。
用在本發(fā)明中的絕緣85可以是常規(guī)的用氧化鋁或者類似絕緣陶瓷材料作的絕緣件。另外，這種絕緣件的表面最好被拋光，以降低毛細(xì)作用。
下面參考圖4A-4B，孔90形成在軌道部件72、74、75和76上，用于接收銷釘92，以便將絕緣件85固定在軌道組件上。在軌道部件75和76的情況下，該孔90位于每個(gè)切口80的兩側(cè)，而在軌道部件72和74的情況下，該孔位于軌道部件的兩端。
銷釘92最好用不銹鋼制作，并且其形狀為圓的或者圓柱形的。在用于本發(fā)明時(shí)，該銷釘從軌道部件的孔90中突出，如圖4B所示。該絕緣件(未示出)具有接收銷釘92的孔，所以絕緣件可以固定在支架部件上，如上所述。該銷釘92在絕緣件上的作用應(yīng)力小，因?yàn)檫@些銷釘可以更有效地使應(yīng)力分散，并且比先有集流管所用半月形鍵更粗和強(qiáng)度更大。然而應(yīng)當(dāng)注意到，可以采用等效的或者其他的機(jī)構(gòu)實(shí)施本發(fā)明，將絕緣件連接于軌道組件。
圖5A-5C詳細(xì)示出在本發(fā)明集流管主體45上盤(pán)子部分50的復(fù)合折合部分60。在所示的例子中，該復(fù)合折合部分60分別是同一種結(jié)構(gòu)，因而對(duì)一個(gè)折合部分的說(shuō)明適用于所有的折合部分。
如上所述，每個(gè)復(fù)合折合部分60包括中央?yún)^(qū)域折合部分62和相鄰側(cè)壁折合部分64。如可以看出的和上述說(shuō)明的，每個(gè)側(cè)壁折合部分64僅在側(cè)壁部分54A延伸，并且緊鄰側(cè)壁部分54B上的54E。因此每個(gè)側(cè)壁折合部分64可以在相鄰側(cè)壁部分54A之間自由向內(nèi)延伸，而不會(huì)影響形成集流管主體端面的側(cè)壁部分54B。然而，為了在集流管主體45和靠在側(cè)部分54B上的軌道組件的軌道部件75和76之間保持密封，該側(cè)壁折合部分64這樣形成，使其最外邊緣位于側(cè)壁部分54B的同一個(gè)平面上，這點(diǎn)更清楚地表示在圖5C上。
下面轉(zhuǎn)到圖5C，每個(gè)復(fù)合折合部分60的側(cè)壁折合部分64包括側(cè)壁部分54A的沿第一指向(表示為向內(nèi)指向)從側(cè)壁平面伸出的鄰接部分。具體是，每個(gè)側(cè)壁折合部分64的第一和第二相對(duì)部分64A和64B彼此相對(duì)于側(cè)壁部分54A的平面傾斜伸出。該第一和第二部分64A和64B由折合部分的倒圓的底部分64C連接。該倒圓的底部分64C可以增加側(cè)壁折合部分64的壽命，因?yàn)樵趥?cè)壁折合部分反復(fù)承受在燃料電池工作期間由于組件形變引起的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力時(shí)，該倒圓底部分和直邊緣相比不太容易裂開(kāi)。
每個(gè)復(fù)合折合部分60的中央?yún)^(qū)域折合部分62包括中央?yún)^(qū)域52的鄰接部分，該折合部分相對(duì)于中央?yún)^(qū)域52的平面沿第二指向(圖中示為向外指向)伸出。具體是，中央?yún)^(qū)域折合部分在結(jié)構(gòu)上類似于側(cè)壁折合部分，因?yàn)樗ǖ谝缓偷诙鄬?duì)部分62A和62B，這兩個(gè)部分相對(duì)于中央?yún)^(qū)域52的平面彼此傾斜地延伸。折合部分62的圓形突出部分62C連接該兩個(gè)傾斜部分。和側(cè)壁折合部分64的倒圓底部分64C一樣，該倒圓的突出部分62C可以增加折合部分的壽命和強(qiáng)度。
在示出的本實(shí)施例中，如上所述，中央?yún)^(qū)域折合部分62沿一個(gè)指向從中央?yún)^(qū)域52的平面伸出，該指向與側(cè)壁折合部分64相對(duì)于側(cè)壁54平面向外伸出的指向相反。然而，側(cè)壁折合部分64和中央折合部分62可以沿相同的指向上伸出，即可以同時(shí)向內(nèi)伸出或者向外伸出，或者可以沿相反的不同于如圖所示的指向伸出，即折合部分62可以向內(nèi)延伸，而折合部分64可以向外延伸，這些都是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，折合部分64不一定需要分別沿同一指向伸出，即有一些可以向內(nèi)伸出，而另一些可以向外伸出，而且每個(gè)折合部分62也不一定沿同一指向伸出，即有一些可以向內(nèi)伸出，而另一些則向外伸出，這也是在本發(fā)明范圍內(nèi)的。
如圖5A所示，每個(gè)復(fù)合折合部分60的中央?yún)^(qū)域折合部分62在中央?yún)^(qū)域52的第一和第二相對(duì)側(cè)邊之間延伸，并在該中央?yún)^(qū)域52的這兩個(gè)第一和第二相對(duì)側(cè)邊鄰接側(cè)壁折合部分64。盡管側(cè)壁折合部分64的外邊緣66所在的平面與側(cè)壁54的端表面54B的平面相同，如上述參考圖5C說(shuō)明的，但是每個(gè)側(cè)壁折合部分64的內(nèi)邊緣65，如圖5C所示，形成中央?yún)^(qū)域折合部分62的外邊緣。
當(dāng)集流管主體45因例如燃料電池組彎曲或者收縮，而受到壓力作用時(shí)，該復(fù)合折合部分60將通過(guò)形變吸收該壓應(yīng)力，使得每個(gè)復(fù)合折合部分60的中央?yún)^(qū)域折合部分62和側(cè)壁折合部分64二者的角度一般減小。而當(dāng)集流管主體45膨脹，并且盤(pán)子部分50彼此受到牽引時(shí)，如組件發(fā)生彎曲那樣，該中央?yún)^(qū)域折合部分和側(cè)壁折合部分62和64二者的折合部分角度一般增大。
倒圓的突出部分62C和例圓的底部分64C，其作用分別是增加中央?yún)^(qū)域折合部分和側(cè)壁折合部分62和64的耐用性。這兩個(gè)折合部分相配合可以增加集流管主體45的形變性。另外，由于在集流管主體45中央?yún)^(qū)域52上，復(fù)合折合部分相對(duì)于燃料電池組向外伸出，而在側(cè)壁54上，相對(duì)于燃料電池組向內(nèi)伸出，所以該復(fù)合折合部分60可以使集流管主體45固定在軌道部件70上，同時(shí)可以接納由軌道組件70上形成的切口80產(chǎn)生的軌道形變。
如上所述，集流管主體45定位在集流管系統(tǒng)的軌道組件70中，如圖6A所示。側(cè)壁54的端面54C和54D配置成對(duì)著水平軌道72和74，而側(cè)壁54的端面54B配置成對(duì)著垂直軌道75和76。絕緣件用銷釘92固定在集流管軌道的下側(cè)。
圖6B示出集流管系統(tǒng)下側(cè)的詳細(xì)圖，該下側(cè)包括復(fù)合折合部分60、側(cè)壁折合部分64的端面54B和帶有銷釘92的垂直軌道75。該中央?yún)^(qū)域折合部分62鄰接側(cè)壁折合部分64，因而中央?yún)^(qū)域折合部分的外邊緣65形成側(cè)壁折合部分64的外邊緣，中央?yún)^(qū)域折合部分62的倒圓突出部分62C與側(cè)壁折合部分64的倒圓底部分64C相交。側(cè)壁折合部分64連接側(cè)壁54的相鄰部分，并從中央?yún)^(qū)域折合部分62的邊緣65延伸到其外邊緣66。側(cè)壁折合部分的倒圓底部分64C結(jié)束于在側(cè)壁端面54B之間的槽口54E，因而側(cè)壁折合部分的外邊緣66所在的平面與側(cè)壁端面54B所在的平面相同。
在示出的本實(shí)施例中，側(cè)壁54的端面54B、54C和54D焊接在軌道部件75、76、72和74的相應(yīng)內(nèi)表面75A、76A、72A和74A。然而應(yīng)當(dāng)注意到，也可以采用符合本發(fā)明集流管組件的其他方法將軌道部件固定在集流管主體45的端面上。
如前所述，在垂直軌道75和76上的每個(gè)切口80基本上與側(cè)壁折合部分對(duì)齊，具體是與折合部分64的倒圓底部分64C對(duì)齊。另外如上所述，絕緣件利用銷釘92固定于軌道組件的水平和垂直軌道72、74、75和76。由于這樣配置這些長(zhǎng)方形的絕緣件部分，使得它們的端部基本上與軌道75和76上的切口80對(duì)齊，并與集流管主體45上復(fù)合折合部分60對(duì)齊，所以可以獲得最大的集流管組件的形變和最小的絕緣件破裂。
應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明的原理同樣還適用于，集流管中所有集流管或者一些集流管鄰接相應(yīng)組件端面的燃料電池組。另外，本發(fā)明的原理適用于具有任何端面數(shù)目和集流管數(shù)目的燃料電池組。
在所有情況下，應(yīng)當(dāng)明白，上述裝置僅僅例示出代表本發(fā)明應(yīng)用的很多可能具體實(shí)施例中的例示例子。按照本發(fā)明的原理可以容易設(shè)計(jì)許多變形的其他裝置，而不超出發(fā)明的精神和范圍。例如，本文所述的集流管系統(tǒng)可以利用桁架和捕集部件固定于燃料電池組，并壓靠在該組件上，該桁架和捕集部件可以是如上述美國(guó)申請(qǐng)系列No.09/636452詳細(xì)說(shuō)明的保持系統(tǒng)的一部分。
權(quán)利要求
1.一種集流管系統(tǒng)，用于將氣體輸送到燃料電池組端面或者從該端面引出該氣體，該集流管系統(tǒng)包括盤(pán)形集流管主體，該盤(pán)形包括一個(gè)中央?yún)^(qū)域具有寬度和長(zhǎng)度范圍，側(cè)壁從上述中央?yún)^(qū)域的外周伸出，該中央?yún)^(qū)域具有至少一個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分，每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分連接中央?yún)^(qū)域的兩個(gè)相鄰部分，該相鄰部分構(gòu)成集流管主體的盤(pán)子部分。
2.如權(quán)利要求1所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述中央?yún)^(qū)域折合部分中每個(gè)折合部分沿第一指向和第二指向中一個(gè)指向從上述中央?yún)^(qū)域的平面上伸出。
3.如權(quán)利要求2所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁包括一個(gè)或者多個(gè)側(cè)壁折合部分，每個(gè)側(cè)壁折合部分鄰接中央?yún)^(qū)域折合部分的一個(gè)端部，并連接側(cè)壁的相鄰部分。
4.如權(quán)利要求3所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)側(cè)壁折合部分沿上述第一指向和上述第二指向中一個(gè)指向相對(duì)于上述側(cè)壁的平面伸出。
5.如權(quán)利要求4所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分沿上述第一指向伸出，而每個(gè)側(cè)壁折合部分沿上述第二指向伸出。
6.如權(quán)利要求5所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一指向是向外的，而上述第二指向是向內(nèi)的。
7.如權(quán)利要求6所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁具有沿第一方向相對(duì)于上述中央?yún)^(qū)域向外伸出的第一部分和沿第二方向相對(duì)于上述中央?yún)^(qū)域從第一部分伸出的第二部分。
8.如權(quán)利要求7所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁折合部分位于上述側(cè)壁的上述第一部分上。
9.如權(quán)利要求8所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁具有槽口，每個(gè)槽口位于上述側(cè)壁上述第二部分上的鄰接側(cè)壁折合部分的位置。
10.如權(quán)利要求9所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁折合部分中每個(gè)折合部分的邊緣伸到鄰接該側(cè)壁折合部分的槽口，并位于上述側(cè)壁的第二部分的平面內(nèi)。
11.如權(quán)利要求4所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述中央?yún)^(qū)域的外周邊緣具有第一和第二相對(duì)側(cè)邊以及第三和第四相對(duì)側(cè)邊，上述第三側(cè)邊連接于上述第一和第二相對(duì)邊的兩個(gè)第一相對(duì)端部，而第四側(cè)邊連接于上述第一和第二側(cè)邊的兩個(gè)第二相對(duì)端部，上述側(cè)壁具有第一、第二、第三和第四連接的側(cè)壁部分，這些側(cè)壁部分分別從上述中央?yún)^(qū)域的第一、第二、第三和第四側(cè)邊伸出，每個(gè)上述中央?yún)^(qū)域折合部分在上述中央?yún)^(qū)域的上述第一和第二側(cè)邊之間延伸，第一側(cè)壁部分具有側(cè)壁折合部分，該側(cè)壁折合部分鄰接結(jié)束于上述中央?yún)^(qū)域的上述第一側(cè)邊部分的每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分，而第二側(cè)壁部分具有側(cè)壁折合部分，該折合部分鄰接結(jié)束于上述中央?yún)^(qū)域上述第二側(cè)邊結(jié)束的每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分。
12.如權(quán)利要求11所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分沿第一指向伸出，而每個(gè)側(cè)壁折合部分沿第二指向伸出。
13.如權(quán)利要求12所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一指向是向外的，而上述第二指向是向內(nèi)的。
14.如權(quán)利要求13所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一和第二側(cè)壁部分中的每個(gè)側(cè)邊部分具有沿第一方向相對(duì)上述中央?yún)^(qū)域向外延伸的第一部分和沿第二方向相對(duì)于中央?yún)^(qū)域從第一部分伸出的第二部分。
15.如權(quán)利要求14所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁折合部分位于上述第一和第二側(cè)壁部分中每個(gè)上述第一部分。
16.如權(quán)利要求15所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一和第二側(cè)壁部分中的每個(gè)部分具有槽口，每個(gè)槽口位于相應(yīng)第一和第二側(cè)壁部分的上述第二部分中鄰接側(cè)壁折合部分的位置。
17.如權(quán)利要求16所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁折合部分中每個(gè)折合部分的邊緣伸到鄰接該側(cè)壁折合部分的槽口，并位于相應(yīng)第一和第二側(cè)壁部分的第二部分的平面內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述側(cè)壁折合部分中每個(gè)折合部分的另一邊緣伸向鄰接該側(cè)壁折合部分的中央?yún)^(qū)域折合部分，由此形成復(fù)合的折合部分。
19.如權(quán)利要求18所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述中央?yún)^(qū)域具有許多上述中央?yún)^(qū)域折合部分。
20.如權(quán)利要求19所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述中央?yún)^(qū)域折合部分是平行的，上述第一方向傾斜于上述中央?yún)^(qū)域的平面，而上述第二方向和上述第三和第四側(cè)壁部分垂直于上述中央?yún)^(qū)域的平面。
21.如權(quán)利要求20所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)側(cè)壁折合部分具有由倒圓的側(cè)壁折合部分底部分連接的第一和第二側(cè)壁折合部分的相對(duì)部分。
22.如權(quán)利要求21所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)中央?yún)^(qū)域折合部分具有由倒圓的中央?yún)^(qū)域折合部分的突出部分連接的中央?yún)^(qū)域第一和第二折合部分的相對(duì)部分。
23.如權(quán)利要求22所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一和第二側(cè)壁部分中的第二部分和上述第三和第四側(cè)壁部分的端部形成第一、第二、第三和第四端面。
24.如權(quán)利要求23所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于支承上述集流管主體的軌道組件。
25.如權(quán)利要求24所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件包括第一、第二、第三和第四軌道部件，上述第三軌道部件連接于上述第一和第二軌道部件的兩個(gè)第一相對(duì)端部，而上述第四軌道部件連接于上述第一和第二軌道部件的兩個(gè)第二端部，上述第一、第二、第三和第四軌道部件具有分別連接于上述集流管主體上述第一、第二、第三和第四端面的第一、第二、第三和第四內(nèi)表面，因而上述集流管主體固定在上述支承架組件內(nèi)。
26.如權(quán)利要求25所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一、第二、第三和第四內(nèi)表面焊接在上述第一、第二、第三和第四端面上。
27.如權(quán)利要求25所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一和第二軌道部件具有切口，該切口部分地穿過(guò)上述軌道部件的厚度，位于上述軌道部件鄰接側(cè)壁折合部分的位置。
28.如權(quán)利要求27所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件還包括銷釘，該銷釘裝在上述第一、第二、第三和第四軌道部件的表面上，并突出于該表面，這些軌道部件鄰接上述集流管主體上述端表面的邊緣。
29.如權(quán)利要求28所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述銷釘位于上述第一、第二軌道組件上的上述每個(gè)切口的相對(duì)兩側(cè)。
30.如權(quán)利要求29所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件還包括絕緣條，每個(gè)絕緣條由一對(duì)銷釘支承，因而每個(gè)絕緣條在軌道部件上的兩個(gè)接連銷釘之間延伸。
31.如權(quán)利要求30所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述銷釘位于上述第三和第四軌道部件上的第三和第四軌道部件兩個(gè)相對(duì)端部，上述軌道組件還包括絕緣條，每個(gè)絕緣條由上述銷釘支承在上述第三和第四軌道部件中的相應(yīng)軌道部件上。
32.如權(quán)利要求14所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一和第二側(cè)壁部分的第二部分和上述第三和第四側(cè)壁部分的端部構(gòu)成第一、第二、第三和第四端面。
33.如權(quán)利要求32所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于支承上述集流管主體的軌道組件。
34.如權(quán)利要求33所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件包括第一、第二、第三和第四軌道部件，上述第三軌道部件連接于上述第一和第二軌道部件的兩個(gè)第一相對(duì)端部，而上述第四軌道部件連接于上述第一和第二軌道部件的兩個(gè)第二相對(duì)端部，上述第一、第二、第三和第四軌道部件具有分別連接于上述集流管主體上述第一、第二、第三和第四端面的第一、第二、第三和第四內(nèi)表面，使得上述集流管主體可以固定在上述支架組件中。
35.如權(quán)利要求34所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述第一和第二支架具有切口，該切口部分穿過(guò)上述軌道部件的厚度，位于上述軌道部件靠近側(cè)壁折合部分的位置。
36.如權(quán)利要求35所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件還包括銷釘，該銷釘固定在上述第一、第二、第三和第四軌道部件的表面上，并從該表面伸出，這些表面鄰接上述集流管主體上述端表面的邊緣。
37.如權(quán)利要求36所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述銷釘位于上述第一和第二軌道上每個(gè)上述切口的相對(duì)兩側(cè)。
38.如權(quán)利要求37所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件還包括絕緣條，每個(gè)絕緣條由一對(duì)接連的銷釘支承，使得每個(gè)絕緣條在支架部件的兩個(gè)接連切口之間延伸。
39.如權(quán)利要求38所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述銷釘位于上述第三和第四軌道部件上的上述銷釘位于上述第三和第四軌道部件的相對(duì)兩端，上述軌道組件還包括絕緣條，每個(gè)絕緣條由上述第三和第四軌道部件中相應(yīng)一個(gè)部件的銷釘支承。
40.如權(quán)利要求1所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，還包括用于支承上述集流管主體的軌道組件。
41.如權(quán)利要求39所述的集流管系統(tǒng)，其特征在于，上述軌道組件形式為支架，上述集流管主體支承在上述支架中。
全文摘要
一種燃料電池組的集流管系統(tǒng)，在該系統(tǒng)上，可形變的集流管主體(45)包括一個(gè)盤(pán)形件，該盤(pán)形件具有中央?yún)^(qū)域(52)、從該中央?yún)^(qū)域(52)的外周向外伸出的側(cè)壁(54)和至少一個(gè)復(fù)合折合部分(60)，該復(fù)合折合部分包括中央?yún)^(qū)域折合部分(62)和側(cè)壁折合部分(64)，前者連接中央?yún)^(qū)域(52)的相鄰部分，并在中央?yún)^(qū)域(52)的兩個(gè)相對(duì)側(cè)邊之間延伸，后者鄰接側(cè)壁的兩個(gè)相鄰部分。該集流管系統(tǒng)還包括軌道組件(70)，該組件(70)裝在集流管主體(45)上，并適合于接收銷釘(92)，利用該銷釘可以將絕緣件連接于集流管組件。
文檔編號(hào)F16B1/00GK1685551SQ03823263
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月4日
發(fā)明者M·克拉默, J·沙阿, R·P·哈伊斯, D·A·凱利 申請(qǐng)人:燃料電池能有限公司