[發明專利]熱膨脹系數不同的兩個元件之間的密封件

有效

• 申請號: 201080045866.4
• 申請日: 2010-10-18
• 公開（公告）號: CN102713375A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 馬嘉利·瑞提爾;賈奎斯·班森;萊歐內爾·布奎爾;珍-弗朗索瓦·朱利亞
• 申請（專利權）人: 原子能與替代能源署;泰內帝集團法國公司
• 主分類號: F16J15/08
• 分類號: F16J15/08;H01M8/02
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 陳桂香;武玉琴

技術領域

本發明一般涉及一種用以插入熱膨脹系數不同的任意兩個元件之間的密封件。

更具體但不排他地來說，本發明適用于電化電池系統領域，優選高溫電解槽(或HTE)型系統，和/或燃料電池型系統，優選高溫操作型燃料電池型系統，例如固體氧化物燃料電池(Solid?Oxide?Fuel?Cells，SOFC)。

背景技術

已知的是，可使用高溫蒸汽電解槽來產生氫。為此，高溫電解槽包含多個堆疊式電化電池，每塊電池設有多孔陽極和多孔陰極，以及設置在陽極與陰極之間的電解質。此外，每塊電化電池具有分別連接到陽極和陰極并且各自緊密接觸電解質的相關聯的陽極互連器和陰極互連器。

在供應蒸汽的電解槽的多孔陰極上，發生水分子離解。通過施加合適的電壓，離子遷移穿過通常由陶瓷制成的固體電解質，以便與電極重新結合。

為了防止氫與氧重新結合，因此設想可以對電解質與陰極互連器之間的連接，以及電解質與陽極互連器之間的連接進行密封，同時能夠阻止氣體泄漏到電解槽外，并且阻止氣體混合物的形成。

在這一方面，應注意的是，假如燃料電池根據與電解槽相反的原理進行操作，那么高溫操作型燃料電池的設計與上述設計大體相似。

為了提供上述密閉性，需要遵守很多限制條件，尤其在施加弱力來夾緊密封件的環節，需要避免毀壞/折斷易碎的陶瓷電解質。

此外，在溫度上升和下降期間必須保持密閉性，這存在相當大的難度，因為每個互連器與電解質之間會產生不同的膨脹現象。實際上，安裝并夾緊密封件之后，在升高溫度以使系統達到其工作溫度期間，互連器易于在徑向方向上相對電解質發生較大變形。在已知的一體式密封件型解決方案中，由于密封件與互連器之間的相對滑動，這種不同的膨脹導致密封件與互連器之間的密閉性受損。溫度下降期間將發生相同現象。

這類問題不僅出現在電化電池系統中，更一般來說，出現在包含熱膨脹系數不同的兩個元件的任意組件中，所述兩個元件之間插入有密封件。

發明內容

因此，本發明的目標是至少部分地彌補與現有技術實施方案相關的上述缺陷。

為此，本發明首先涉及一種用以插入分別由熱膨脹系數不同的材料制成的第一與第二元件之間的密封件，所述密封件的特點在于其包含：

-沿與密封件徑向方向正交的軸向堆疊方向隔開的第一和第二金屬接觸部分，所述第一和第二金屬部分分別用以緊密接觸所述第一和第二元件；

-所述第一與第二金屬接觸部分之間的緊密連接構件，其能夠在第一與第二金屬接觸部分之間沿徑向方向進行相對移動；以及

-沿所述軸向堆疊方向堆疊的第一和第二滑動部件，其分別沿所述徑向方向與其間插入有滑動部件的所述第一和第二金屬接觸部分進行平移連合，以使得滑動部件能夠沿所述徑向方向相對于彼此滑動。

所提出的這個設計的特點在于，可以在溫度上升和下降期間保持密閉性。實際上，在安裝且夾緊密封件之后的升高溫度期間，兩個元件中安置在密封件一側的一個元件易于在徑向方向上相對另一個元件發生較大變形。然而，為了避免現有技術中遇到的問題，也就是避免在金屬接觸部分與其相關聯的元件之間產生滑動，這個設計在密封件中心部分提供兩個滑動部件，從而滑動會在這兩個滑動部件之間產生。因此，尤其是由于所述合適的連接構件，第一和第二接觸部分可分別追隨第一和第二元件的變形而不在其上滑動，也就是通過保持緊密接觸來達到所要效果。溫度下降期間會發生相同現象。

此外，應注意的是，第一與第二滑動部件之間的相對移動可優選在其界面平面的所有方向，優選與軸向堆疊方向正交的定向。這樣一來，不僅可以沿徑向方向進行相對移動，也可以沿正交方向進行相對移動，也就是所謂的切線/圓周方向。

優選地，所述第一和第二滑動部件彼此相互接觸，任選地，滑動部件配備有有利于滑動的涂層。為達同樣的目的，可將插入部件沿軸向堆疊方向在第一與第二滑動部件之間插入。

優選地，所述第一和第二金屬接觸部分各自具有沿軸向堆疊方向在密封件外部突出的至少一個緊密接觸構件，以及沿軸向堆疊方向朝向密封件內部突出的至少一個平移連合構件，其套設在密封件的相關聯的滑動部件中形成的互補孔內。

優選地，所述第一和第二金屬接觸部分由鐵、鉻和鋁合金制成，例如，FeCrAlloy品牌。