蜂窝结构和其生产方法技术

本发明专利技术涉及一种蜂窝结构（１），该蜂窝结构（１）包括至少一个被相连的密封表面（４ａ，４ｂ）部分限定的蜂窝区域（２ａ，２ｂ）。根据本发明专利技术，每个蜂窝区域（２ａ，２ｂ）是由多个平行于相连的密封表面（４ａ，４ｂ）叠置的金属层（８），每个金属层（８）包括一个通向所述的金属层（８）两侧的通路网络（１０）。本发明专利技术还涉及一种生产这样的蜂窝结构（１）的生产方法。还包括用于燃料电池和热交换器的用途。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
蜂窝结构和其生产方法
本专利技术的
是关于能量生产的领域，该领域需要所应用的元件非常紧凑。更具体地说，本专利技术涉及用在专门
中的蜂窝结构。所述的蜂窝结构特别用于燃料电池中，更具体地说用于包括用作电介质以及双极板的薄膜的燃料电池中，所述的双极板包括蜂窝结构。另外本专利技术还用于热交换器领域，所述热交换器使用了所述的蜂窝结构。最后，本专利技术还涉及生产所述蜂窝结构的生产方法。
技术介绍
在该领域中，已经知道使用所述的蜂窝结构的燃料电池。事实上，一个燃料电池是一个包含了多个彼此叠置的电池单元的组件。在所述燃料电池的每个电池单元中，在两个反应物之间发生了电化学反应，所述两个反应物被连续地引入电池单元中。习惯上使用的燃料是氢或者甲醇，根据是用于一种使用氢/氧类型混合物进行工作的电池还是用于使用甲醇/氧类型的混合物进行工作的电池而选择。将燃料接触阳极，而氧化剂，在氧的情况下，与阴极接触。阳极和阴极通过中间层与离子交换薄膜类型的电介质分开。在阳极处，进行了燃料的一般是氢的氧化反应，用下面的反应式表示：                  同样，在阴极处，发生了氧化剂，一般是氧气的还原反应，如下面的反应式：                然后，进行电化学反应，该电化学反应中所产生的能量转变为电能。一些质子H+从阳极向阴极穿过电解质循环，以便与外部回路相连，从而达到产生电能的目的。同时，在阴极处，可以看到产生了水，所述水被从电极-薄膜--->电极连续排放。在现有技术的燃料电池中，多个电极-薄膜-电极组件彼此叠置，以便获得大于由所述组件中的一个电池单元提供的功率。在这些组件之间的接头和电气连接一般都是借助于导电板进行的，这些导电板也称为双极板。因此借助于作为蜂窝结构的双极板可以将组件的阴极与相邻组件的阳极相连。这些双极板还允许确保可能的最大的电导率，以便避免对燃料电池的效率产生损害的欧姆损失。所述的双极板还可以完成其它的功能，除了确保电气连接以外。事实上，例如可以通过双极板的中间层进行向第一组件的阳极和第二相邻组件的阴极连续供应反应物。另外，通过加入排除多余水的元件，所述的双极板还可以用来在阴极处排放反应产物。所述双极板还结合有一个热交换器，该热交换器用来防止在电极-薄膜-电极组件堆中的任何过热。最后注意，这些双极板的其它的功能在于：所述电极-薄膜-电极组件的机械性能，特别是当这些电极-薄膜-电极组件是彼此叠置堆放时。这样的组合结构确保了厚度较小的电池的总体积，从而非常好地与上述的应用兼容，例如涉及电动车辆的应用。根据现有技术的装置和方法，存在3种用于实现反应物分配的不同的方法。首先注意一种使用了在双极板的端部上加工的沟槽的方法。这些沟槽设置用于确保在电极表面上尽可能均匀地分布反应物，反应物与该电极表面接触。这些沟槽一般被组织成，使得注射到这些沟槽中的反应物在该电极表面的大部分中蜿蜒而行。所使用的用于获得这样的结构的装置是被180度弯头间隔的水平截锥体。注意到，这些截锥体也能够在阴极处回收和排放水。然而，注意到装置的这种特别设置不允许获得足够大的交换表面，从而达到在工业应用时可接受的电化学转化效率。为了解决这样的缺陷，现有技术中提出了第二种方法。该方法中涉及了应用具有大的孔隙率的金属泡沫材料，以便与金-->属零件相连，在所述金属零件中进行了技术加工，所述的金属泡沫材料可以确保反应物的良好的分布以及不同的反应产物的排放。这种方法特别在文件US5482792中描述。厚度为几个毫米的两个片材分别靠着阳极和阴极设置，并且起到与所述双极板的端部连接的作用。然而，在双极板处连接金属泡沫材料的事实导致建立了大的电阻，从而导致了在组件内的导电损失。即使通过压缩金属泡沫材料，属于导电的问题可以被部分解决，但是还是证明其导致了存在有腐蚀的问题，特别是因为存在有多种缺陷，例如在金属泡沫材料中的导线束的断裂。根据现有技术的第3种办法，其描述在文件US6146780中，双极板包括一个密封的导电板，以及两个金属泡沫材料的部分，确保了与电极的接触。这样的设计允许了免除被加工的金属元件，以及因此去除了高昂的成本。然而使用这样的装置仍然存在其它缺点。事实上，使用金属泡沫材料作为反应物的分布区域和不同反应产物的排放区域，并不能正确控制金属泡沫材料类型的结构的周期性。另外，附加的缺点在于不能容易地控制所述蜂窝结构的内部几何形状，这表现为不能改变以期望的方式进行分布的区域的几何形状。最后还应指出：在现有技术的热交换器中存在一些在所使用的蜂窝结构中指出的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目标因此是完全或者部分解决现有技术的蜂窝结构的缺点。本专利技术还在于提出一种简单构思的蜂窝结构，并且对于该蜂窝结构来说，可以完美地控制不同蜂窝区域的内部几何形状。本专利技术的另外的目标是提出一种生产获得上述本专利技术目标的蜂窝结构的生产方法。因此，本专利技术首先是一种包括至少一个被相连的密封表面部分限定的蜂窝区域的蜂窝结构。根据本专利技术，每个蜂窝区域是由多个平行于相连的密封表面叠置的金属层形成，每个金属层包括一个通向所述的金属层的两侧的通路网络。-->本专利技术有利地提出一种构思简单的蜂窝结构，该结构的蜂窝区域的内部几何形状易于根据实际需要进行调整。在这种蜂窝结构中，不会遇到任何与组件的连接结构有关的困难，这些困难导致了在双极板内机械、热或者电的不连续性。所述蜂窝结构最好不同地与作为双极板的燃料电池成一整体，与作为双极板的燃料电池连成一整体，与集成的交换器连成一整体，或者与热交换器连成一整体。本专利技术还提出一种生产这样的蜂窝结构的生产方法。根据该方法，每个金属层是通过进行下面的操作而实现：-沉积金属粉末层；-通过激光，部分固化被沉积的金属粉末层，从而导致形成固化部分和非固化部分，所述固化部分限定了所述金属层的通路轮廓。对于每个蜂窝区域，所述的金属层最好被连续实施，所述相连的密封层构成了待实施的第一金属层的载体，所实施的金属层的所述固化部分和非固化部分构成了用于待实施的随后的金属层的载体。对于每个蜂窝区域，当所有的金属层已经被实施时，金属层的通路网络最好是通过去除金属层的非固化部分而获得的。另外，可以预见到：通过激光对被沉积的金属粉末层进行的部分固化操作还能够将所获得的固化部分与金属层上的固化部分相连接，所述固化部分放置在该金属层上。金属层最好包括选自下面材料中的材料：不锈钢，铝及其合金，镍及其合金，例如Ni-Cr，和至少上述的两种元素的组合。另外金属层包括至少一种例如青铜的连接剂。从而有利地允许了获得一些可在低温下实现烧结操作的合金。本专利技术的其它的优势和特征将在下面的说明中以非限定的方式被描述。附图说明下面的说明将参照附图进行，附图包括：-图1表示了一个根据本专利技术的优选实施例的蜂窝结构的透视图；-图2表示了图1的蜂窝结构与两个待连接的元件接触的表面视图；-->-图3表示了根据本专利技术的另一个优选实施例的蜂窝结构的表面视图；-图4简示了在沉积一个金属粉末层之后生产的蜂窝结构的透视图；和-图5简示了在被沉积的金属粉末层被部分固化后生产的蜂窝结构的透视图。具体实施方式参照附图1和2，可以看到根据本专利技术的一个优选实施例的蜂窝结构1，这个蜂窝结构特别能够与燃料电池一起工作，或者与热交换器(未示出)一起工作。本文档来自技高网...

【技术保护点】
蜂窝结构（１），包括至少一个蜂窝区域（２ａ，２ｂ），该蜂窝区域由相连的密封表面（４ａ，４ｂ）部分限定，其特征在于，每个蜂窝区域（２ａ，２ｂ）是由多个金属层（８）形成，所述的金属层（８）平行于相连的密封表面（４ａ，４ｂ）叠置，每个金属层（８）包括通向所述的金属层（８）的两侧的通路网络（１０）。

【技术特征摘要】
FR 2002-2-19 02/020741蜂窝结构(1)，包括至少一个蜂窝区域(2a，2b)，该蜂窝区域由相连的密封表面(4a，4b)部分限定，其特征在于，每个蜂窝区域(2a，2b)是由多个金属层(8)形成，所述的金属层(8)平行于相连的密封表面(4a，4b)叠置，每个金属层(8)包括通向所述的金属层(8)的两侧的通路网络(10)。2根据权利要求1所述的蜂窝结构(1)，其特征在于，该蜂窝结构(1)集成到作为双极板的燃料电池中。3根据权利要求1所述的蜂窝结构(1)，其特征在于，该蜂窝结构(1)集成到作为带有集成的交换器的双极板的燃料电池中。4根据权利要求1所述的蜂窝结构(1)，其特征在于，该蜂窝结构(1)集成到一个热交换器中。5生产根据上述权利要求中任一项所述的蜂窝结构(1)的生产方法，其特征在于，每个金属层(8)是通过实施下面的操作而实现的：-沉积一个金属粉末层(18)；-通过激光部分固化被沉积的金属粉末层(18)，使得形成固化部分(20)和非固化部分(22)，所述的固化部分(20)限定了该金属粉末(8)的通路轮廓(10)。6根据权利要求5所述的方法，其特征在于，对于每个蜂窝区域(2a，2b)来说，所述的金属层(8)是连续实施的，所述的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：S雷沃尔，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]