[发明专利]热膨胀系数不同的两个元件之间的密封件

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种用以插入热膨胀系数不同的任意两个元件之间的密封件。

更具体但不排他地来说，本发明适用于电化电池系统领域，优选高温电解槽(或HTE)型系统，和/或燃料电池型系统，优选高温操作型燃料电池型系统，例如固体氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cells，SOFC)。

背景技术

已知的是，可使用高温蒸汽电解槽来产生氢。为此，高温电解槽包含多个堆叠式电化电池，每块电池设有多孔阳极和多孔阴极，以及设置在阳极与阴极之间的电解质。此外，每块电化电池具有分别连接到阳极和阴极并且各自紧密接触电解质的相关联的阳极互连器和阴极互连器。

在供应蒸汽的电解槽的多孔阴极上，发生水分子离解。通过施加合适的电压，离子迁移穿过通常由陶瓷制成的固体电解质，以便与电极重新结合。

为了防止氢与氧重新结合，因此设想可以对电解质与阴极互连器之间的连接，以及电解质与阳极互连器之间的连接进行密封，同时能够阻止气体泄漏到电解槽外，并且阻止气体混合物的形成。

在这一方面，应注意的是，假如燃料电池根据与电解槽相反的原理进行操作，那么高温操作型燃料电池的设计与上述设计大体相似。

为了提供上述密闭性，需要遵守很多限制条件，尤其在施加弱力来夹紧密封件的环节，需要避免毁坏/折断易碎的陶瓷电解质。

此外，在温度上升和下降期间必须保持密闭性，这存在相当大的难度，因为每个互连器与电解质之间会产生不同的膨胀现象。实际上，安装并夹紧密封件之后，在升高温度以使系统达到其工作温度期间，互连器易于在径向方向上相对电解质发生较大变形。在已知的一体式密封件型解决方案中，由于密封件与互连器之间的相对滑动，这种不同的膨胀导致密封件与互连器之间的密闭性受损。温度下降期间将发生相同现象。

这类问题不仅出现在电化电池系统中，更一般来说，出现在包含热膨胀系数不同的两个元件的任意组件中，所述两个元件之间插入有密封件。

发明内容

因此，本发明的目标是至少部分地弥补与现有技术实施方案相关的上述缺陷。

为此，本发明首先涉及一种用以插入分别由热膨胀系数不同的材料制成的第一与第二元件之间的密封件，所述密封件的特点在于其包含：

-沿与密封件径向方向正交的轴向堆叠方向隔开的第一和第二金属接触部分，所述第一和第二金属部分分别用以紧密接触所述第一和第二元件；

-所述第一与第二金属接触部分之间的紧密连接构件，其能够在第一与第二金属接触部分之间沿径向方向进行相对移动；以及

-沿所述轴向堆叠方向堆叠的第一和第二滑动部件，其分别沿所述径向方向与其间插入有滑动部件的所述第一和第二金属接触部分进行平移连合，以使得滑动部件能够沿所述径向方向相对于彼此滑动。

所提出的这个设计的特点在于，可以在温度上升和下降期间保持密闭性。实际上，在安装且夹紧密封件之后的升高温度期间，两个元件中安置在密封件一侧的一个元件易于在径向方向上相对另一个元件发生较大变形。然而，为了避免现有技术中遇到的问题，也就是避免在金属接触部分与其相关联的元件之间产生滑动，这个设计在密封件中心部分提供两个滑动部件，从而滑动会在这两个滑动部件之间产生。因此，尤其是由于所述合适的连接构件，第一和第二接触部分可分别追随第一和第二元件的变形而不在其上滑动，也就是通过保持紧密接触来达到所要效果。温度下降期间会发生相同现象。

此外，应注意的是，第一与第二滑动部件之间的相对移动可优选在其界面平面的所有方向，优选与轴向堆叠方向正交的定向。这样一来，不仅可以沿径向方向进行相对移动，也可以沿正交方向进行相对移动，也就是所谓的切线/圆周方向。

优选地，所述第一和第二滑动部件彼此相互接触，任选地，滑动部件配备有有利于滑动的涂层。为达同样的目的，可将插入部件沿轴向堆叠方向在第一与第二滑动部件之间插入。

优选地，所述第一和第二金属接触部分各自具有沿轴向堆叠方向在密封件外部突出的至少一个紧密接触构件，以及沿轴向堆叠方向朝向密封件内部突出的至少一个平移连合构件，其套设在密封件的相关联的滑动部件中形成的互补孔内。

优选地，所述第一和第二金属接触部分由铁、铬和铝合金制成，例如，FeCrAlloy品牌。