[发明专利]燃料电池用增强型密封垫片

说明书

本发明所述的燃料电池用增强型密封垫片主要用于燃料电池内的各种流体间的密封，使各流体间严格隔离，从而保障燃料电池内部的多种流体都能够严格在各自通道、流场内流动。本发明所述的燃料电池用增强型密封垫片，主要通过改进垫片的结构来增强密封可靠性和抵抗密封结构失效的能力，利用在燃料电池内成对使用的两个增强型密封垫片的配合，进一步提高密封的可靠性。本发明所述的燃料电池用增强型密封垫片的结构主要包括密封基体及设置于密封基体上的垂直于垫片横截面的轴线方向的多条密封凸台组成。

技术领域

本发明应用于燃料电池技术领域，具体涉及一种燃料电池使用的密封垫片。

背景技术

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种利用燃料气体和氧化剂气体在膜电极上通过电化学反应，将化学能高效转化为电能的发电装置。由于燃料电池的产物是水，其工作过程对环境实现了零污染，是公认的零排放绿色能源转换装置，是新世纪最具发展潜力的动力装置之一。质子交换膜燃料电池的应用非常广泛，从小到几瓦的便携电源，到上百千瓦的车载电源，燃料电池能够满足我们许多方面的电能需求。

燃料电池在工作的时候，需要燃料气体和氧化剂气体参与电化学反应，将化学能转换为电能。同时，由于燃料电池在工作时会产生热量，需要冷却剂将产生的热量交换到燃料电池外部，来维持燃料电池工作在一个适当的温度范围内。因此，为保证燃料电池内部的电化学过程的顺利进行，维持燃料电池的正常运行，需要上述多种不同种类、不同操作条件的流体参与到燃料电池内的电化学反应过程。燃料电池内各种流体都有各自的流道、流场，不同的流体之间不允许有任何的接触、混合、渗漏。否则，燃料电池内部的电化学反应是无法顺利进行的，甚至损坏燃料电池。燃料电池是由多个零部件组装而成，要保证燃料电池内部的各流体间不会出现混合、渗漏等现象，采用密封垫片来对燃料电池内的各个流体之间、零部件之间进行密封是非常必要和常用的一种密封方法。

因为质子交换膜燃料电池内的介质流体压力多为低压，且工作温度一般都低于100℃，所以，橡胶密封垫片是一种非常经济、可靠的选择，是质子交换膜燃料电池采用非常多的密封原件。橡胶密封垫片的结构形式非常多，就密封形式来说，主要分为面密封和线密封两种，并在此基础上发展出线密封与面密封相结合的密封形式。如丰田自动车株式会社提出的燃料电池(中国专利申请号：201480053102.8)所使用的密封垫片就是线密封与面密封相结合的密封垫片，该密封垫片虽然结合了面密封的稳定性和线密封更佳的密封效果，但是却无法克服线密封压缩比高、压强高与自身结构薄弱的矛盾，线密封结构部分在使用过程中容易产生回弹性相对于面密封结构部分更早变差的问题，甚至由于加工误差或装配预紧力偏大等因素，造成在装配和使用过程中出现线密封结构部分被过度压缩而被压溃的现象。NOK株式会社研发的燃料电池的密封结构(中国专利申请号：201480029887.5)对于线密封与面密封相结合的密封垫片过度变形问题是采用增加限位结构来解决，但这种方法在提高加工成本的同时，对装配的精度提出了更高的要求。NOK株式会社提出的另一种燃料电池的密封结构(中国专利申请号：201080022024.7)除具有上述丰田自动车株式会社提出的密封结构的问题外，还存在由于膜电极两侧均使用线密封与面密封相结合的密封垫片，不但造成装配精度要求更高，对于刚度低的燃料电池零部件，如膜电极，还会出现在后续使用过程中线密封部分互相推挤而被挤到偏离设定的密封位置的现象，降低密封效果；更有甚者，当密封垫片由于互相推挤而互相错开时，会造成膜电极的相对应部位发生过度弯曲变形的问题。

发明内容