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疊片組件密封方法及裝置

閱讀：217發(fā)布：2023-03-01

專利匯可以提供疊片組件密封方法及裝置專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 涉及疊片組件密封方法及裝置，具體公開了一種密封疊片組件的示例方法，包括對具有多個疊片的疊片組件預(yù)加負(fù)載，對所述疊片組件施壓，以及對與所述疊片組件的端部相鄰的封閉空間施壓以將所述疊片保持在密封 位置 。，下面是疊片組件密封方法及裝置專利的具體信息內(nèi)容。

1.一種密封疊片組件的方法，包括：
對具有多個疊片的疊片組件預(yù)加負(fù)載；
對所述疊片組件施壓；以及
對與所述疊片組件的端部相鄰的封閉空間施壓，以將所述疊片保持在密封位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述預(yù)加負(fù)載包括用系桿裝置朝密封位置推擠所述疊片。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，包括用不小于所述疊片組件內(nèi)的壓力的第一壓力對所述封閉空間施壓。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述疊片組件位于相對端板之間，所述相對端板中的一個形成所述封閉空間的一部分。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述相對端板中的一個支撐所述疊片組件，所述相對端板中的另一個形成所述空間的該部分。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，采用固定到所述相對端板中的至少一個的第一系桿裝置對所述疊片組件預(yù)加負(fù)載，并采用與所述第一系桿裝置不同的第二系桿裝置以相對于所述疊片組件保持殼體，所述殼體與所述相對端板中的一個形成所述封閉空間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一系桿裝置包括多于一個系桿，所述第二系桿裝置包括多于一個系桿。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一系桿裝置和所述第二系桿裝置被收納在所述疊片組件中形成的孔內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，包括使流體運動到所述封閉空間中以對所述封閉空間施壓。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述封閉空間與所述疊片組件流體連通，使得所述封閉空間的壓力與所述疊片組件內(nèi)的壓力相等。
11.一種疊片組件施壓裝置，包括：
布置成疊片堆的多個疊片，所述多個疊片相對于彼此在密封位置與非密封位置之間可運動；
與所述疊片堆相鄰的端板；
構(gòu)造成與所述端板一起形成第一空間的殼體；
第一組系桿，所述第一組系桿相對于所述端板固定并構(gòu)造成使所述端板運動到將所述多個疊片保持在密封位置的第一位置；以及
第二組系桿，所述第二組系桿相對于所述殼體固定，其中，對所述第一空間施壓限制所述端板從所述第一位置離開的運動。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述殼體包括穹頂。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，包括位于所述穹頂與所述端板之間的動態(tài)密封件。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一組系桿延伸通過所述多個疊片中形成的第一組孔，所述第二組系桿延伸通過所述多個疊片中形成的第二組孔。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，所述疊片具有圓形剖面輪廓，所述第一組孔和所述第二組孔位于所述疊片的徑向外邊緣附近。
16.如權(quán)利要求11所述的裝置，包括控制器，所述控制器構(gòu)造為控制向所述第一空間的流體流動以控制所述第一空間內(nèi)的壓力。
17.一種疊片組件施壓裝置，包括：
形成了第一封閉空間的疊片組件，所述疊片組件具有多個疊片；以及
相鄰于所述疊片的端板，所述端板形成第二封閉空間的一部分，其中，所述端板構(gòu)造成當(dāng)所述第二封閉空間被施壓時將所述疊片相對于彼此朝密封位置推擠。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，包括構(gòu)造成與所述端板一起形成所述第二封閉空間的殼體，其中，所述殼體從所述端板分離地相對于所述疊片組件固定。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，所述第一封閉空間與所述第二封閉空間流體連通，使得對所述第一封閉空間和所述第二封閉空間中的一個施壓也對所述第一封閉空間和所述第二封閉空間中的另一個施壓。

說明書全文

疊片組件密封方法及裝置

[0001] 聯(lián)邦政府贊助研發(fā)的聲明
[0002] 本發(fā)明是在由高級防御研究計劃局給予的第N00173-01-D-2007號合同下由政府支持而做出的，高級防御研究計劃局是美國國防部的機構(gòu)。因此美國政府可享有本發(fā)明中的一定權(quán)利。

背景技術(shù)

[0003] 具有疊片堆的疊片組件被應(yīng)用于各種領(lǐng)域，例如燃料電池和電解裝置領(lǐng)域。對疊片組件的疊片之間的界面進(jìn)行密封期望地防止工作流體從疊片組件的板上泄漏(overboard leakage)以及工作流體從疊片組件內(nèi)部形成的內(nèi)部空腔的腔間泄漏(cross-cavity leakage)。疊片組件采用各種密封件以限制板上及腔間泄漏。示例性的密封件包括彈性體涂層密封件、墊圈密封件，或依賴于隔膜疊片的彈性本質(zhì)。值得注意的是，這些密封件依賴于對密封件施壓的負(fù)載以防止泄漏。
[0004] 許多具有疊片組件的系統(tǒng)采用系桿(tie rod)對所述疊片組件施加預(yù)負(fù)載。緊固這些系桿迫使疊片組件的疊片與相關(guān)的密封件形成相對于彼此的密封關(guān)系。最大預(yù)負(fù)載量受到疊片壓縮能力的限制。在施加預(yù)負(fù)載以后，疊片組件內(nèi)的內(nèi)部空腔受到壓力。如所知的，因為內(nèi)部壓力逆著預(yù)負(fù)載的方向?qū)ΟB片施力，所以這種加壓可使密封關(guān)系松緩或者破壞密封關(guān)系。密封關(guān)系的破壞會不期望地導(dǎo)致泄漏。

發(fā)明內(nèi)容

[0005] 一種示例的密封疊片組件的方法包括：對具有多個疊片的疊片組件預(yù)加負(fù)載；對所述疊片組件施壓；以及對與所述疊片組件的端部相鄰的封閉空間施壓以將所述疊片保持在密封位置。
[0006] 一種示例的疊片組件施壓裝置包括布置成疊片堆的多個疊片。所述多個疊片可相對彼此在密封位置與非密封位置之間運動。端板與所述疊片堆相鄰。殼體構(gòu)造成與所述端板一起形成第一空間。第一組系桿直接固定于所述端板并構(gòu)造成使所述端板運動到將所述多個疊片保持在密封位置的第一位置。第二組系桿直接固定于所述殼體。對所述第一空間施壓限制所述端板從所述第一位置離開的運動。
[0007] 另一種示例的疊片組件施壓裝置包括形成了第一封閉空間的疊片組件。所述疊片組件具有多個疊片。端板相鄰于所述疊片。所述端板形成第二空間的一部分。所述端板構(gòu)造成當(dāng)所述第二封閉空間被施壓時將所述疊片相對于彼此朝密封位置推擠。
[0008] 示例性公開的這些和其它特征可從以下說明和附圖中得到最佳理解，以下是簡要說明。

附圖說明

[0009] 圖1示出穿過具有疊片組件的示例電解裝置的縱向剖視圖。
[0010] 圖2示出圖1電解裝置的底視圖。
[0011] 圖3示出圖1電解裝置的示例端板的透視圖。
[0012] 圖4示出具有疊片組件的另一示例電解裝置的透視圖。

具體實施方式

[0013] 參照圖1和2，示例的電解裝置10包括保持在第一端板18與第二端板22之間的疊片組件14。在另一例中，燃料電池包括疊片組件14。第一端板18的一面接觸疊片組件14。第一端板18的相對面與第一殼體26一起建立第一封閉空間30。第一封閉空間30鄰近疊片組件14的第一端部32。第二端板22的一面接觸疊片組件14。第二端板22的相對面與第二殼體34一起建立第二封閉空間38。第二封閉空間38鄰近疊片組件14的第二端部40。
[0014] 疊片組件14包括多個疊片42。如已知的，疊片42在疊片組件14內(nèi)建立內(nèi)部空腔。疊片42可相對于彼此在密封位置與非密封位置之間運動。在本例中，密封位置比非密封位置使流體從疊片組件14泄漏得更少。密封位置比非密封位置還使流體在疊片組件14的內(nèi)部空腔之間泄漏得更少。疊片組件14的內(nèi)部空腔內(nèi)的壓力在本例中由附圖標(biāo)記Pi表示。
[0015] 第一組系桿46將第一端板18相對于第二端板22固定。示例的第一組系桿46固定到殼體34。在本例中，第一組系桿46內(nèi)的系桿包括螺紋部分50，螺紋部分50構(gòu)造成與螺母接合以相對第二端板22固定第一端板18。將螺母緊固到第一組系桿46的螺紋部分50上使得朝第二端板22推擠第一端板18，這壓縮疊片組件14并使疊片42相對于彼此運動到密封位置。在緊固系桿46時，示例的第一端板18相對于第二端板22運動。在本例中，疊片組件14通過緊固第一組系桿46而被施加預(yù)負(fù)載。盡管在本例中第一組系桿46和第二組系桿54被表示為系桿，其它例子也可包括代替系桿或在系桿之外還采用螺栓、夾具等。
[0016] 第二組系桿54接合第一殼體26和第二殼體34。值得注意的是，第一組系桿46與第二組系桿54分離。也就是說，與第二組系桿54相比，第一組系桿46包括不同的系桿并構(gòu)造成連接到不同的部件。
[0017] 在本例中，第二組系桿54內(nèi)的系桿包括螺紋部分58，螺紋部分58構(gòu)造成與螺母接合以將第一殼體26相對于第二殼體34固定。將螺母緊固到螺紋部分58上使得朝第二殼體34推擠第一殼體26。本例中，第二組系桿54被略微施加預(yù)負(fù)載以加載第二組系桿54內(nèi)的所有系桿。
[0018] 示例性疊片組件14具有大致圓形剖面，并形成徑向位于疊片組件的外徑向邊緣附近的多個孔62。每個孔62構(gòu)造成接收來自第一組系桿46或第二組系桿54的系桿之一。
[0019] 第一端板18和第二端板22包括孔66，孔66構(gòu)造成接收來自第二組系桿54的系桿。該孔66的尺寸設(shè)置成使得在第一組系桿46中的系桿緊固到第一端板18、第二端板22或這兩者時，來自第二組系桿54的系桿可相對于端板18和22自由運動。
[0020] 示例性第一殼體26包括通道70或孔，通道70或孔在第一組系桿46被緊固或相對于第一殼體26運動時允許第一組系桿46運動。
[0021] 動態(tài)密封件74位于第一端板18與第一殼體26之間，以幫助保持第一封閉空間30內(nèi)的流體。靜態(tài)密封件78位于第二端板22與第二殼體34之間，以幫助保持第二封閉空間38內(nèi)的流體。示出了彈簧供能的動態(tài)密封件74和靜態(tài)密封件78。其它示例密封件包括波紋管(bellows)、隔板(diaphragm)或加強的O形環(huán)密封件。
[0022] 如圖中可理解，示例的第一殼體26和示例的第二殼體34是穹頂形。第一封閉空間30和第二封閉空間38具有大致半球的形狀。值得注意的是，封閉空間30和38位于疊片組件14的端部，并且不環(huán)繞疊片組件14。在該公開的例子中，采用兩個穹頂。在另一個例子中，只使用一個穹頂(或只使用第一殼體26)。
[0023] 在本例中，第一封閉空間30和第二封閉空間38的壓力由附圖標(biāo)記Pe表示。在疊片組件14通過緊固第一組系桿46而被預(yù)加負(fù)載后，壓力Pe增大以對抗第一端板18從疊片組件14離開的運動。壓力Pe有效地抵消壓力Pi使得第一組系桿46不響應(yīng)于壓力Pi。第二組系桿54取而代之承擔(dān)與對疊片組件14施壓有關(guān)的壓力負(fù)載。如此，使第一組系桿
46的尺寸適應(yīng)預(yù)負(fù)載，使第二組系桿54的尺寸適應(yīng)壓力Pi和Pe。
[0024] 流體通過多個流體進(jìn)給口82被導(dǎo)入疊片組件14。在本例中流體進(jìn)給口82軸向延伸。在另一個例子中，流體進(jìn)給口82徑向延伸。
[0025] 在一個例子中，該流體是水，電解裝置10將其分解為氫和氧。示例的電解裝置10包括控制器86，所述控制器86構(gòu)造成控制從流體供給90到疊片組件14的流體流。控制器86通過控制流體供給90而控制壓力Pi。將流體導(dǎo)入疊片組件14會對疊片組件14的內(nèi)部空腔施壓并增大壓力Pi。在本例中，壓力Pe限制疊片42朝未密封位置運動。限制該運動以保持疊片組件14內(nèi)的疊片42的密封關(guān)系。在現(xiàn)有技術(shù)中，增大的壓力Pi使得疊片42朝未密封位置運動。
[0026] 控制器94構(gòu)造成控制從流體供給98到第一封閉空間30和第二封閉空間38的流體流。示例的流體是氮氣，控制器86通過控制流到第一封閉空間30的氮氣流而控制壓力Pe。從本公開受益的本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解如何利用流體供給98和控制器94例如通過將合適的閥裝置結(jié)合到電解裝置10中而對第一封閉空間30和第二封閉空間38施加壓力。
[0027] 在一個例子中，第一封閉空間30、第二封閉空間38和疊片組件14內(nèi)的內(nèi)部空腔是流體耦合的。也就是說，增大的壓力Pi直接增大了壓力Pe。這種例子包括利用相同的流體對疊片組件14、第一封閉空間30和第二封閉空間38施壓。這種例子可能不需要流體供應(yīng)98。其它例子包括采用來自電解過程中的氫氣來增大壓力Pe。通常，疊片組件14中的流體之一用于對封閉空間30和封閉空間38施壓。
[0028] 參照圖3，第一端板18包括縱向延伸幾乎穿過第一端板18的多個孔99。結(jié)合所述多個孔減少了第一端板18的整體重量同時保持第一端板18的強度。第一端板18包括剛性足夠促使疊片組件14均勻壓縮的材料。
[0029] 參照圖4，另一個示例電解裝置100包括多個單元，每個均具有疊片組件14a。多個螺母102固定第二組系桿54的螺紋部分58。
[0030] 所公開示例的特征包括在減少結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度的情況下維持相鄰疊片之間的密封關(guān)系。所公開例子的另一個特征是采用兩組獨立的系桿。一組用于對疊片組件預(yù)加負(fù)載，另一組用于響應(yīng)于所述疊片組件的施壓。另一個特征是在穹頂和第一端板之間采用動態(tài)密封件。動態(tài)密封件幫助壓力負(fù)載通過第一端板傳遞到疊片組件。所公開例子的另一個特征是獨立于預(yù)加負(fù)載系統(tǒng)的相對重量輕，體積小的主動壓縮系統(tǒng)。例如，第一端板和第二端板的重量可很輕，因為作用在其上的唯一實質(zhì)性的力是預(yù)加負(fù)載力。
[0031] 盡管已公開了優(yōu)選的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員會認(rèn)識到可在本發(fā)明范圍內(nèi)作一定的修改。為此，應(yīng)研究所附權(quán)利要求以確定本發(fā)明的真實范圍和內(nèi)容。
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