[发明专利]可膨胀构件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年9月12日提交的，名为“可膨胀构件及其制造方法”，申请号为61/533316的美国专利申请的优先权，其整体纳入参考。

背景技术

为了系统有效和高效的工作，系统通常具有相互接触(电接触和/或机械地接触)的多个元件。许多系统包括不同材料的系统元件，因此这些材料具有不同的化学和物理性能。

发明内容

具有不同材料元件的系统在高温下(例如至少大约500℃)操作，在不同的系统元件中经受不同的热膨胀系数和/或不同的蠕变系数。这可能在系统元件之间产生间隙，导致系统元件之间机械接触的降低和/或电阻的增加。经过持续的系统操作，或经过大量的系统运行，系统元件可能相互“张开”。本发明的多个方面使用可膨胀构件(例如金属体)在高温下向一个或多个系统元件(例如相邻物体)施加压缩力以增加系统元件之间的相符性(例如机械连接，电接触)。

一般而言，本发明涉及使用在高温时膨胀的可膨胀构件来向一个或多个周围元件施加作用力。因此，对于高温应用(例如，500℃以上)，可膨胀构件对系统中一个或多个元件施加作用力以维持或提高不同元件之间的接触(例如，物理接触、电连接)。

系统中的接头阻力可能归因于一个或多个机理和/或来源。系统中接头阻力的来源的一些非限制例子包括：蠕变、相变、垫片远离、空隙、不相适表面及它们的组合。在不同实施方式中，空隙、相变和蠕变各自在系统启动(例如在高温下操作)之前、期间及之后发生。在一些实施方式中，在这些阶段中的每一阶段，系统元件之间所产生的表面不相适情况都会发展。本发明通过使用可膨胀构件(也称作金属体)压缩装置向系统的元件施加应力以防止、减少和/或消除接头电阻率(即高电阻)和/或机械间隙，来使系统元件相适。在一些实施方式中，通过当系统组件为冷时、在启动期间或在操作条件下(例如，高温和高压)时施加应力到系统元件，而在操作条件(例如，至少大约500℃的高温)下在系统操作过程中改进接头。

在一个或多个这种实施方式中，可膨胀构件在相邻物体的端部上施加连续量的作用力。在一个或多个实施方式中，可膨胀构件在相邻物体的端部上施加变化量的作用力(例如，基于反馈环)。

一方面，提供一种可膨胀构件(有时称为可膨胀囊或金属体)。

在一个实施方式中，提供一种装置。在一个实施方式中，装置包括：具有至少一个侧壁的金属体，其中侧壁围有空隙，以及可膨胀材料，可膨胀材料保持于空隙中且由侧壁包围；其中空隙在第一温度下包括第一体积；并且其中，在至少大约900℃的第二温度下，可膨胀材料膨胀以使空隙包括第二体积，其中第二体积大于第一体积，其中，通过可膨胀材料的膨胀，至少一个侧壁施加至少大约150psig的压力。

在一个实施方式中，金属体是密封的(例如，通过接缝或机械紧固部分而密封)。在一些实施方式中，金属体通过密封体密封，密封体选自：机械紧固件、螺栓、焊缝、铆钉、粘合剂，及它们的组合。

在一个实施方式中，可膨胀材料包括气体；惰性气体、相变材料(例如，固体可膨胀材料)及它们的组合。

在一个实施方式中，气体包括惰性气体(例如氩气)、氧气、二氧化碳、氮气或它们的组合。

在一个实施方式中，空隙(有时称作中心区域)进一步包括：填充材料(例如，不发生膨胀或者进行相变)。作为一些非限制性例子，填充材料选自：陶瓷材料、聚合体、管状氧化铝、耐火材料、岩石、石墨及它们的组合。

在一个实施方式中，填充材料构成空隙的第一体积的至少大约50％。

在一个实施方式中，至少一个侧壁具有不大于约1英寸的厚度。

在一个实施方式中，空隙在金属体中居中设置。

在一个实施方式中，侧壁和空隙的横截面积比为大约1∶10。

在一个实施方式中，金属体包括两个侧壁，其中两个侧壁具有相对的平面，和连接这两个平面的圆形周边缘。

在一个实施方式中，空隙在第一温度下被加压不大于约100psig(例如，预加压在1ATM以上)。

在一个实施方式中，金属体在第二温度下包括至少大约1.5ATM的内部压力。