專利名稱：一種燃料電池電堆的封裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池電堆的封裝裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly，簡(jiǎn)稱MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué)反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)發(fā)應(yīng)過(guò)程中生成的電子，通過(guò)外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過(guò)遷移穿過(guò)質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過(guò)滲透穿過(guò)多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子與陽(yáng)極端遷移過(guò)來(lái)的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽(yáng)極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外，質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來(lái)，使它們不會(huì)相互混合而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移過(guò)來(lái)的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池中，陽(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)陽(yáng)極反應(yīng)
陰極反應(yīng)在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA)一般均放在兩塊導(dǎo)電的極板中間，每塊導(dǎo)流極板與膜電極接觸的表面通過(guò)壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻，形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽(yáng)極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電池運(yùn)行過(guò)程中生成的水的通道。
為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通常可通過(guò)直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過(guò)平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串聯(lián)式的電池組中，一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種極板叫做雙極板。一連串的單電池通過(guò)一定方式連在一起而組成一個(gè)電池組。電池組通常通過(guò)前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通道，將燃料(如氫氣、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體)和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽(yáng)極、陰極面的導(dǎo)流槽中；(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個(gè)電池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出電池組進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料氣體與氧化劑氣體在排出時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常，將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個(gè)端板上或兩個(gè)端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池既可以用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可以用作移動(dòng)式或固定式的發(fā)電站。燃料電池在工作過(guò)程中，尤其是在室外的工作環(huán)境下，會(huì)有大量的灰塵或水侵蝕電堆，這些灰塵或水一旦進(jìn)入電堆，則將導(dǎo)致電堆漏電、漏氫，甚至使電堆遭到致命性破壞而崩潰的危險(xiǎn)。在現(xiàn)有的燃料電池電堆封裝技術(shù)中，尚無(wú)很好的防止灰塵和水進(jìn)入電堆的辦法，也沒(méi)有必要的漏氫安全保護(hù)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可有效防塵、防水，并具有漏氫安全保護(hù)功能的燃料電池電堆的封裝裝置。
本實(shí)用新型的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，包括封閉式封裝架，該封裝架將燃料電池電堆的全部部件都封裝在內(nèi)，所述的封裝架設(shè)有排風(fēng)口、通風(fēng)口以及與電堆的各流體進(jìn)出管相對(duì)應(yīng)的空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口，所述的排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測(cè)器，該排風(fēng)口向外延伸一排風(fēng)管，在該排風(fēng)管上設(shè)有排風(fēng)扇，所述的通風(fēng)口向外延伸一通風(fēng)管，在該通風(fēng)管上設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)。
所述的電堆為由多個(gè)電堆模塊組成的集成式電堆。
所述的排風(fēng)口設(shè)置至少一個(gè)，該至少一個(gè)排風(fēng)口向外延伸一排風(fēng)管，多于二條的排風(fēng)管最終匯聚成一總排風(fēng)管，所述的排風(fēng)扇設(shè)在該總排風(fēng)管末端。
所述的通風(fēng)管內(nèi)設(shè)有一過(guò)濾層，所述的鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在向外延伸的通風(fēng)管末端。
所述的排風(fēng)口、通風(fēng)口、空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈。
所述的氫氣探測(cè)器在探測(cè)到一定濃度的氫氣時(shí)立即報(bào)警并作出關(guān)閉燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)處理。
整個(gè)封裝于電堆外面的是密閉式封裝層，干凈的空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入燃料電池堆，并由排風(fēng)管排出。
本實(shí)用新型在燃料電池電堆的空進(jìn)、空出、水進(jìn)、水出、氫進(jìn)、氫出管路處墊上密封圈，并在封裝框架間墊上橡皮，封死框架的縫隙以及漏洞。但是考慮到封裝后，存在一個(gè)很大的潛在危險(xiǎn)——一旦氫氣泄漏，并漏到一定的濃度后，極有可能爆炸。故電堆密封的同時(shí)，在封裝框架上開兩個(gè)排風(fēng)口和一個(gè)通風(fēng)口，在排風(fēng)口安裝一個(gè)排風(fēng)扇，在通風(fēng)口安裝一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，并且在這兩個(gè)排風(fēng)口都加裝氫氣探測(cè)器。且為了保證在通風(fēng)口進(jìn)來(lái)的空氣不夾帶灰塵雜質(zhì)，特在通風(fēng)口與鼓風(fēng)機(jī)間加一過(guò)濾層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型可以有效防塵、防水、防漏電，并且能夠及時(shí)檢測(cè)氫氣濃度并作出排氫處理，從而有效防止因氫氣管路破裂而溢出氫氣造成的爆炸。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，一種燃料電池電堆的封裝裝置，包括封閉式封裝架1，該封裝架1將燃料電池集成式電堆2的全部部件都封裝在內(nèi)，所述的封裝架1設(shè)有排風(fēng)口3、通風(fēng)口4以及與電堆的各流體進(jìn)出管相對(duì)應(yīng)的空氣管進(jìn)口5、空氣管出口6、氫氣管進(jìn)口7、氫氣管出口8、冷卻水管進(jìn)口9、冷卻水管出口10；所述的排風(fēng)口3設(shè)有氫氣探測(cè)器11，該排風(fēng)口3向外延伸一排風(fēng)管12，在該排風(fēng)管上設(shè)有排風(fēng)扇13，所述的排風(fēng)管12設(shè)置二個(gè)，這些排風(fēng)管12最終匯聚成一總排風(fēng)管14，所述的排風(fēng)扇13設(shè)在該總排風(fēng)管14末端；所述的通風(fēng)口4向外延伸一通風(fēng)管15，在該通風(fēng)管15上設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)16，所述的通風(fēng)管15內(nèi)設(shè)有一過(guò)濾層17，所述的鼓風(fēng)機(jī)16設(shè)在向外延伸的通風(fēng)管15末端；所述的排風(fēng)口3、通風(fēng)口4、空氣管進(jìn)口5、空氣管出口6、氫氣管進(jìn)口7、氫氣管出口8、冷卻水管進(jìn)口9、冷卻水管出口10與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈18。
權(quán)利要求1.一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，包括封閉式封裝架，該封裝架將燃料電池電堆的全部部件都封裝在內(nèi)，所述的封裝架設(shè)有排風(fēng)口、通風(fēng)口以及與電堆的各流體進(jìn)出管相對(duì)應(yīng)的空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口，所述的排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測(cè)器，該排風(fēng)口向外延伸一排風(fēng)管，在該排風(fēng)管上設(shè)有排風(fēng)扇，所述的通風(fēng)口向外延伸一通風(fēng)管，在該通風(fēng)管上設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，所述的電堆為由多個(gè)電堆模塊組成的集成式電堆。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，所述的排風(fēng)口設(shè)置至少一個(gè)，該至少一個(gè)排風(fēng)口向外延伸一排風(fēng)管，多于二條的排風(fēng)管最終匯聚成一總排風(fēng)管，所述的排風(fēng)扇設(shè)在該總排風(fēng)管末端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，所述的通風(fēng)管內(nèi)設(shè)有一過(guò)濾層，所述的鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在向外延伸的通風(fēng)管末端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，所述的排風(fēng)口、通風(fēng)口、空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，所述的氫氣探測(cè)器在探測(cè)到一定濃度的氫氣時(shí)立即報(bào)警并作出關(guān)閉燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種燃料電池電堆的封裝裝置，其特征在于，整個(gè)封裝于電堆外面的是密閉式封裝層，干凈的空氣由鼓風(fēng)機(jī)送入燃料電池堆，并由排風(fēng)管排出。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種燃料電池電堆的封裝裝置，包括封閉式封裝架，該封裝架將燃料電池電堆的全部部件都封裝在內(nèi)，所述的封裝架設(shè)有排風(fēng)口、通風(fēng)口以及與電堆的各流體進(jìn)出管相對(duì)應(yīng)的空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口，所述的排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測(cè)器，該排風(fēng)口向外延伸一排風(fēng)管，在該排風(fēng)管上設(shè)有排風(fēng)扇，所述的通風(fēng)口向外延伸一通風(fēng)管，在該通風(fēng)管上設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型可以有效防塵、防水、防漏電，并且能夠及時(shí)檢測(cè)氫氣濃度并作出排氫處理，從而有效防止因氫氣管路破裂而溢出氫氣造成的爆炸。
文檔編號(hào)H01M8/02GK2796110SQ200520041699
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月20日
發(fā)明者夏建偉, 胡里清, 李麗, 章波 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司