用于在电化学反应器部件上产生密封部的方法

摘要

一种用于在电化学反应器部件的面上产生密封部的方法，该电化学反应器部件用于被堆叠以便形成电化学反应器，每个部件呈板的形式并且具有第一面和相对的第二面，第一面被设计成接纳第一密封部并且第二面被设计成接纳第二密封部，该方法包括：‑使第一密封部成形在部件的第一面上，该第一密封部至少部分地被缩聚；‑使第二密封部沉积在部件的第二面上；以及‑通过压紧由部件与模制板交替地形成的叠组来使第二密封部成形，每个模制板具有支承面和模制面，该支承面压靠一部件的第一面并且包括凹槽，该凹槽被设计成以不使第一密封部变形的方式接纳预先形成于所述部件的第一面上的该第一密封部，该模制面压靠另一部件的第二面并且具有模制表面，该模制表面用于由于压紧叠组而使沉积在所述另一部件的第二面上的第二密封部成形；以及‑使第二密封部至少部分地缩聚。

权利要求

1.一种用于在电化学反应器部件(2)的面上产生密封部的方法，所述电化学反应器部件用于被堆叠而形成电化学反应器，每个部件(2)呈板的形式并且具有第一面(2A)和相对的第二面(2B)，所述第一面被设计成接纳第一密封部(22A)并且所述第二面被设计成接纳第二密封部(22B)，所述方法包括：-使所述第一密封部(22A)成形在所述部件的第一面(2A)上，所述第一密封部被至少部分地缩聚；

-使所述第二密封部(22B)沉积在所述部件的第二面(2B)上；以及

-通过压紧由所述部件与模制板(10)交替地形成的叠组来使所述第二密封部(22B)成形，每个模制板(20)具有支承面(14)和模制面(12)，所述支承面压靠一部件的第一面并且包括凹槽(20)，所述凹槽被设计成以不使所述第一密封部(22A)变形的方式接纳预先形成于所述部件的第一面(2A)上的所述第一密封部，所述模制面压靠另一部件的第二面(2B)并且具有模制表面(16)，所述模制表面用于由于压紧所述叠组而使沉积在所述另一部件的第二面上的所述第二密封部(2B)成形；以及-使所述第二密封部(22B)至少部分地缩聚。

2.根据权利要求1所述的产生方法，其中，使所述第一密封部(22A)成形包括：

-使所述第一密封部(22A)沉积在所述部件的第一面(2A)上；以及

-通过压紧由交替的部件(2)和模制板(10)形成的叠组来使所述第一密封部(22A)成形，每个模制板具有支承面(14)和模制面(12)，所述支承面压靠一部件(2)的第二面(2B)，所述模制面压靠另一部件的第一面并且具有模制表面(16)，所述模制表面用于由于压紧所述叠组而使沉积在所述另一部件的第一面(2A)上的所述第一密封部(22A)成形；以及-使所述第一密封部(22A)至少部分地缩聚。

3.根据权利要求1和2所述的产生方法，其中，相同的模制板(10)被用于使所述第一密封部的叠组成形和使所述第二密封部的叠组成形。

4.根据权利要求3所述的产生方法，所述模制板(10)被相对于所述部件翻转，以从第一叠组转到第二叠组。

5.根据前述权利要求中任一项所述的产生方法，其中，每个模制板(10)被成型为一体件。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的产生方法，其中，每个模制板(10)具有芯部，所述芯部将垫片支承在所述模制面上，所述垫片被附接在所述芯部上并且在所述垫片之间限定了密封部成形凹槽。

7.根据前述权利要求中任一项所述的产生方法，其中，所述部件(2)是隔板，所述隔板包括被设计成限定反应流体流通通道的凹槽(4A，4B)。

说明书

用于在电化学反应器部件上产生密封部的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电化学反应器的领域，并且尤其涉及用于制造密封部和电化学反应器部件的方法。

背景技术

[0002] 燃料电池是一种电化学反应器，其使得能够借助燃料和氧化剂之间的氧化-还原反应来由燃料和氧化剂发电。

[0003] 离子交换膜燃料电池包括两个流体室以及至少一个将流体室隔开的膜，每个流体室用于各自的反应气体进行流通，该膜用于反应气体以离子交换的方式通过离子交换膜来进行氧化-还原反应。被称为阳极室的一个流体室被用于气态燃料的流通，被称为阴极室的一个流体室被用于气态氧化剂的流通。

[0004] 当燃料电池处于活性状态时，燃料在阳极室中沿着转向室的端部的每个离子交换膜的面流通，并且氧化剂在阴极室中沿着转向阴极室的每个离子交换膜的面流通。燃料电池由燃料和氧化剂通过每个离子交换膜进行的氧化-还原反应来发电。

[0005] 产生由隔板与离子交换膜的叠组构成的燃料电池是可能的，隔板设有用于反应气体沿着每个离子交换膜的相对的面进行流通的通道。隔板的阳极通道彼此连接以形成阳极室，隔板的阴极通道彼此连接以形成阴极室。

[0006] 必须确保隔板和叠组的膜之间的密封，以避免气体泄漏。为此，可以提供配备有密封垫圈的板。

[0007] 然而，由叠组形成的燃料电池可能包括数十个隔板和膜。因此，形成密封部可能是令人厌烦的。

[0008] 此外，密封部必须被制造成具有精确的几何形状，以便针对叠组的确定的压紧力得到可靠的密封。

发明内容

[0009] 本发明的目的之一是提出一种用于制造电化学反应器的密封部和部件的方法，该方法实施容易而且节约成本，并且该方法使得能够得到具有精确的几何形状的密封部。

[0010] 为此，本发明提出了一种用于在电化学反应器部件的面上产生密封部的方法，该电化学反应器部件用于被堆叠以便形成电化学反应器，每个部件呈板的形式并且具有第一面和相对的第二面，第一面被设计成接纳第一密封部并且第二面被设计成接纳第二密封部，该方法包括：

[0011] -使第一密封部成形在部件的第一面上，第一密封部至少部分地被缩聚；

[0012] -使第二密封部沉积在部件的第二面上；以及

[0013] -通过压紧由部件与模制板交替形成的叠组来使第二密封部成形，每个模制板具有支承面和模制面，该支承面压靠一部件的第一面并且包括凹槽，该凹槽被设计成以不使第一密封部变形的方式接纳预先形成于所述部件的第一面上的该第一密封部，该模制面压靠另一部件的第二面并且具有模制表面，该模制表面用于由于压紧叠组而使沉积在所述另一部件的第二面上的第二密封部成形；以及

[0014] -使第二密封部至少部分地缩聚。

[0015] 在一个实施例中，使第一密封部成形包括：

[0016] -使第一密封部沉积在部件的第一面上；以及

[0017] -通过压紧由交替的部件和模制板形成的叠组来使第一密封部成形，每个模制板具有支承面和模制面，该支承面压靠一部件的第二面，该模制面压靠另一部件的第一面并且具有模制表面，该模制表面用于由于压紧叠组而使被沉积在所述另一部件的第一面上的第一密封部成形；以及

[0018] -使第一密封部至少部分地缩聚。

[0019] 在一个实施例中，相同的模制板被用于使第一密封部的叠组成形和使第二密封部的叠组成形。

[0020] 在一个实施例中，模制板被相对于部件翻转，以从第一叠组转到第二叠组。

[0021] 在一个实施例中，每个模制板被成型为一体件。

[0022] 在一个实施例中，每个模制板具有芯部，该芯部将垫片支承在模制面上，该垫片被附接在芯部上并且在该垫片之间限定了密封部成形凹槽。

[0023] 在一个实施例中，部件是隔板，该隔板包括被设计成限定了反应流体流通通道的凹槽。

[0024] 本发明还涉及一种用于在电化学反应器部件上产生密封部的模制板，该电化学反应器部件被设计成被堆叠以便形成电化学反应器，每个部件呈板的形式并且被设置成在部件的第一面和相对的第二面上接纳密封部，模制板具有支承面和模制面，该支承面包括凹槽，该凹槽被设计成以不使密封部变形的方式接纳预先形成于部件的、支承面所压靠的面上的该密封部，该模制面具有模制表面，该模制表面用于使被沉积在部件的、模制面所压靠的面上的密封部成形。

[0025] 在一个实施例中，每个模制板被成型为一体件。

[0026] 在一个实施例中，模制板具有芯部，该芯部将垫片支承在模制面上，该垫片被附接在芯部上并且在该垫片之间限定了密封部成形凹槽。

附图说明

[0027] 通过阅读以下仅作为示例提供的并且参照附图进行的说明，本发明和其优点将被更好地理解，在附图中：

[0028] -图1至图4示出了用于在电化学反应器部件上，更具体地，在隔板上产生密封部的方法的接续的步骤；

[0029] -图5部分地示出了利用隔板形成的电化学反应器；

[0030] -图6和图7示出了用于实施制造方法的模制板。

具体实施方式

[0031] 实施图1至图4中所示的制造方法使得能够通过在呈板的形式的部件的两个相对的面中的每一个上形成密封部来在多个电化学反应器部件上形成密封部。

[0032] 如图1中所示的，电化学反应器部件在这里是双极隔板2。

[0033] 每个隔板2用于被插入到在电化学反应器的叠组中的两个离子交换膜之间。

[0034] 每个隔板2包括第一面2A和第二面2B，每个面设有用于反应气体进行流通的通道4A、4B。

[0035] 第一面2A和第二面2B各自具有密封支承面6A、6B，该密封支承面被设置成接纳密封部，以确保与压靠该面的离子交换膜或者与相邻的隔板的密封性。

[0036] 优选地，密封支承面6A、6B位于隔板2的周缘处并且包围反应气体流通通道4A、4B，以便提供在该反应气体流通通道周围的密封。第一面2A和第二面2B各自具有在一条或数条封闭的线路周围延伸的密封支承面，以在隔板2上限定密封区域。

[0037] 第一面2A和第二面2B各自具有密封凹槽8A、8B，以接纳密封部，密封支承面6A、6B被设置在密封凹槽8A、8B的底部。替代地，密封支承面6A、6B不被设置在凹槽的底部。

[0038] 该制造方法利用数个相同的模制板10来实施。

[0039] 每个模制板10包括模制面12和支承面14。

[0040] 模制面12设有模制表面16，该模制表面被设置成与被沉积在隔板2的、模制板10的模制面12所压靠的面上的密封部发生接触。

[0041] 由于将模制板10压靠隔板12，所以模制表面16被设置成使密封部成形为具有精确的几何形状。模制表面16尤其被设置成使密封部形成为具有预定的高度H，优选地，该预定的高度被包含在例如具有+/-几微米的容限的容限范围内。

[0042] 在这里，模制面12包括模制凹槽18，模制表面16被设置在该模制凹槽的底部。

[0043] 每个模制板10的支承面14被设置成支承抵靠隔板2的面，隔板的该面设有被沉积的、被成形的和至少部分地或完全地被缩聚的密封部，而该支承面不与该密封部发生接触。

[0044] 支承面14包括接纳凹槽20，该接纳凹槽被设置成当隔板2的、密封部被预先形成所在的面压靠模制板10的支承面14时接纳在隔板2的该面上的密封部。接纳凹槽20被定位成位于隔板的密封支承面处，并且具有下述尺寸：该尺寸使得接纳凹槽20的壁不与在隔板2上预先形成的密封部干涉。

[0045] 如图1所示，模制凹槽18和接纳凹槽20被定位成彼此成一直线。模制凹槽18具有的深度P1严格小于接纳凹槽20的深度P2。

[0046] 现在将参照图1至图4来描述在隔板上产生密封部的方法。

[0047] 最初，隔板2的第一面2A和第二面2B没有密封部。

[0048] 在第一步骤(图1)中，在隔板2的第一面2A上沉积第一密封部22A。第一密封部22A被沉积在第一面2A的密封支承面6A上。

[0049] 语句“使密封部沉积”在这里是指对处于使得其能够被成形的粘性状态的密封带进行沉积。密封部被设为是合成材料的或天然可缩聚材料的。在沉积时，密封部不被缩聚。

[0050] 以已知的方式，例如使用具有相对于隔板可移动的注入喷嘴的自动机器以沿着密封支承面6A施加第一密封部22A，来将第一密封部22A沉积在隔板2上。

[0051] 其第一面2A设有未缩聚的第一密封部22A的隔板2被用于形成第一叠组24，在该第一叠组中，隔板2和模制板10交替，模制板10的模制面12压靠隔板2的第一面2A，并且模制板10的支承面14压靠隔板2的第二面2B。

[0052] 优选地，隔板2的第一面2A优选地被转向上，并且模制板10的模制面12被转向下。

[0053] 第一叠组24被逐渐制成，一旦第一密封部22A被沉积在每个隔板2上，则添加该隔板。替代地，在将这些隔板2与交替的模制板10堆叠之前，在数个隔板2上沉积第一密封部22A。

[0054] 由于将模制板的模制面压靠每个隔板的第一面，所以模制板的模制表面压靠沉积在该隔板上的第一密封部。这使得对密封部进行成形。

[0055] 语句“对密封部进行成形”在这里是指给予密封部所需的几何形状，在这里尤其是所需的高度H。如图1和图2所示，在这里被成形的密封部在其顶端具有平的部分。

[0056] 在第三步骤(图2)中，第一密封部22A至少部分地被缩聚。第一密封部22A仅部分地被缩聚或大致完全被缩聚。第一密封部22A被充分缩聚以便在脱模后保持其几何形状。第一密封部22A例如被表面缩聚以保持其几何形状，而该第一密封部的芯部不被缩聚。

[0057] 为了确保缩聚，第一叠组24例如被加热到确定的温度以及被加热确定的时间长度(箭头T)。

[0058] 优选地，压紧力C(图2)被施加在第一叠组24上，以使每个模制板10的模制面12压靠在其对面的隔板2的第一面2A。维持压紧力用以成形并且在缩聚期间维持压紧力。

[0059] 在第四步骤(图3)中，从第一叠组移出每个隔板2。在隔板2的第二面2B上、更具体地是在第二面2B的密封支承面6B上沉积未缩聚的第二密封部22B。

[0060] 其第二面2B设有未缩聚的第二密封部22B的隔板2被用于形成第二叠组26，在该第二叠组中，隔板2与模制板10交替堆叠，模制板10的模制面12压靠隔板2的第二面2B，并且模制板10的支承面14压靠隔板2的第一面2A。第一密封部22A被接纳在支承面14的接纳凹槽20中，而不与模制板10干涉。

[0061] 在第二叠组26中，隔板2被相对于第一叠组24翻转，而模制板2未被翻转。

[0062] 在第二叠组26中，优选地，隔板2的第二面2B被转向上，并且模制板10的模制面12被转向下。

[0063] 由于产生了第二叠组26，所以第二密封部22B被模制板10成形为具有所希望的几何形状，并且尤其具有所希望的高度H。

[0064] 优选地，第二叠组承受用于使第二密封部22B成形的压紧力(箭头C)。维持压紧力用以成形并且在缩聚期间维持压紧力。

[0065] 由于支承面的接纳凹槽，在隔板的第一面上预先形成的第一密封部在第二叠组中不变形或不承受压力。因此，该第一密封部保持了在第一叠组中所给予它们的形状。

[0066] 一旦产生了第二叠组，则第二密封部被完全缩聚。如果在被应用于第一叠组的缩聚结束时第一密封部仅被部分地缩聚，则在被应用于第二叠组的缩聚期间完成该第一密封部的缩聚。

[0067] 为了从第一叠组(图2)转到第二叠组(图4)，可以通过下述方式来逐板地进行：将模制板10从第一叠组24转移到第二叠组26而不翻转该模制板，然后取出在第一叠组24中位于下方的隔板2，同时将第二密封部22B沉积在该隔板的第二面2B上，然后在将该隔板翻转之后将其设置在第二叠组26上。

[0068] 使用更少的模制板10、以相同的模制板10来对隔板2的第一密封部22A和第二密封部22B进行成形，因为每个模制板10被用于对在隔板2上的位于一侧的密封部进行模制并且被用于支承位于相对侧的另一隔板2。

[0069] 更少的模制板10限制了实施产生方法的加工成本，因为有限数量的模制板10满足需求，以及满足产生方法自身的实施需求，因为对模制板10进行的操作也是有限的。而且使得模制板10更易于储存。这对于产生可能包括数十个叠组的隔板2的电化学反应器是特别有利的。

[0070] 制造方法可以被有效地实施，尤其是从第一叠组转到第二叠组。

[0071] 此外，可以通过更好地掌握缩聚时间来制成密封部。以接近的或相同的缩聚时间来产生所有的第一密封部，并且以接近的缩聚时间来产生所有的第二密封部。

[0072] 优选地，当转到沉积第二密封部22B并形成第二叠组26时，在第一叠组24中第一密封部22A仅被部分地缩聚。这使得限制一方面的第一密封部22A与另一方面的第二密封部22B的缩聚时间的差。

[0073] 每个隔板2的第一密封部22A和第二密封部22B是相同的。该第一密封部和第二密封部沿着相同的线或多条线延伸并且具有相同的截面几何形状。每个隔板2的第一密封部22A和第二密封部22B由相同的模制板10的模制面12形成。

[0074] 如图5所示，离子交换膜电化学反应器30包括叠组32，在该叠组中，隔板2和膜/电极组件34交替。

[0075] 每个膜/电极组件34(也被称为EME)包括被夹在两个电极38之间的离子交换膜36。每个膜/电极组件34被夹在两个隔板2之间。

[0076] 在这里仅示出了一个隔板/EME/隔板组件，但在实践中叠组32包括多个这样的隔板/EME/隔板组件。每个隔板/EME/隔板组件限定了电化学反应器30的基本电化学单位40，在实践中该电化学反应器包括数个该基本电化学单位。

[0077] 隔板2的相对的面的密封部22提供了针对隔板2之间的反应气体的密封，并且尤其提供了对用于反应气体的流通通道在这些面上的密封。

[0078] 膜/电极组件的膜36具有相对于电极38突出的周缘区域42。该周缘区域42被夹在隔板2的相对的面的密封部22之间，该相对的面夹持膜/电极组件34。在一个替代方案中，膜/电极组件的膜没有突出的周缘区域，并且隔板的相对的面与彼此发生接触。

[0079] 电化学反应器30例如是燃料电池，该燃料电池使得能够通过燃料和氧化剂之间的氧化-还原反应由燃料和氧化剂来发电。替代地，电化学反应器是使得能够由水和电产生氢气和二氧化物的电解器。

[0080] 如图1至图4所示，模制板10被制成为材料的一体件。模制板10例如由塑料制成。接纳凹槽20可以由对模制板10进行模制产生，该接纳凹槽的精确的几何形状不是必需的，而优选地，通过机械加工来得到模制表面16，以便具有非常精确的几何形状。

[0081] 在图6中示出的替代方案中，模制板10由支撑板44形成，该支撑板的一个面限定了模制板的支承面14并且设有接纳凹槽20，另一个面带有垫片46，该垫片被附接在支撑板44上并且在该垫片之间限定了模制凹槽18。模制凹槽18的底部由支撑板44的所述另一面形成，该支撑板的所述另一面来自于至少在模制凹槽18处进行的模制或由至少在该模制凹槽处的机械加工制成，以便具有非常精确的几何形状。

[0082] 在图7中示出的替代方案中，模制板10包括支撑板48，该支撑板在其两个面中的一个上设有垫片50、52，以便在一个面上限定接纳凹槽20以及在另一个面上限定模制凹槽18。

[0083] 对图1至图4的产生方法进行了描述以在隔板上产生密封部。该产生方法可应用于呈板的形式的其它电化学反应器部件。例如，作为对被制造在隔板上的密封部的替代或补充，该制造方法可应用于离子交换膜，以在离子交换膜上形成密封部。