專利名稱：一種燃料電池堆的緊固裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種結(jié)構(gòu)緊湊、便于安裝的燃料電池 堆的緊固裝置。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)淙剂霞把趸瘎┺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)反應(yīng) 過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(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，正離子可通過遷移 穿過質(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，通過滲透穿過多孔性擴(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)極端遷移過來的正離子發(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，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 過來的氫正離子反應(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)H2 — 2H+ + 2e陰極反應(yīng)l/202 + 2H+ + 2e—H20在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA) —般均放在兩塊導(dǎo)電的 極板中間，每塊導(dǎo)流電極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、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)流電極板可以是金屬材料的極板，也可以 是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流電極板上的導(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)流極板與陰極氧化 劑的導(dǎo)流極板。這些導(dǎo)流極板既作為電流集流母板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械 支撐，導(dǎo)流極板上的導(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 常可通過直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(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一定方式連在一起而組成一個(gè)電池組。 電池組通常通過前端板、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、甲醇或由甲醇、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 電池組后進(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)式或固定式發(fā)電站。質(zhì)子交換膜燃料電池一般由若干個(gè)單電池通過串聯(lián)或并聯(lián)組裝一起成為 燃料電池堆。燃料電池發(fā)電系統(tǒng)主要由燃料電池堆與電池堆支持運(yùn)行系統(tǒng)組成。當(dāng)燃料 電池發(fā)電系統(tǒng)用作車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)時(shí)，燃料電池發(fā)電系統(tǒng)也叫做 燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)；但也可用作移動(dòng)式或固定式發(fā)電站。上述燃料電池發(fā)電系統(tǒng)不管用作燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)或發(fā)電站，燃料電池堆與 電池堆支持運(yùn)行系統(tǒng)都需要進(jìn)行集成、封裝和固定，并達(dá)到作為一種符合特定 場(chǎng)合用途的一體化設(shè)計(jì)的防塵、防震動(dòng)、防水、防漏電以及美觀的產(chǎn)品要求。 上海神力公司"一種可以模塊化裝配的大規(guī)模集成式燃料電池"(發(fā)明專利號(hào) 03141840.6;實(shí)用新型專利號(hào)03255963.1)就是一種通過許多燃料電池堆模 塊集成在一起的集成式燃料電池。目前，這種集成式燃料電池堆一般具有一塊中央集流板和各燃料電池單堆 后端板，各燃料電池單堆對(duì)稱分布在中央集流板兩側(cè)，并在各對(duì)稱設(shè)置的兩燃 料電池單堆的后端板上穿設(shè)有至少二條拉桿，該拉桿穿過兩對(duì)稱燃料電池單堆的后端板和中央集流板，兩端設(shè)有緊固螺帽，并通過調(diào)解緊固裝置，將兩后端 板壓緊，從而將燃料電池堆緊固在中央集流板中間(如圖l)。這種設(shè)計(jì)在拆裝燃料電池堆的時(shí)候，需要同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)燃料電池后端板上 的緊固螺帽， 一旦其中一個(gè)電堆發(fā)生故障，至少需要拆卸兩個(gè)電堆，安裝拆卸 均不便。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結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單、各組燃料電池堆可獨(dú)立拆裝的燃料電池堆的緊固裝置。本實(shí)用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種燃料電池堆的緊固裝置，包括中央集流板、后端板、兩組或兩組以上燃料電池堆，該兩組或兩組 以上燃料電池堆分別設(shè)置在中央集流板兩側(cè)，所述的后端板通過螺桿夾緊固定 燃料電池堆進(jìn)行集成封裝設(shè)置，其特征在于，所述的中央集流板上與螺桿相對(duì) 應(yīng)的位置設(shè)有連接塊，該連接塊兩端設(shè)有與螺桿上螺紋匹配的內(nèi)螺紋，所述的 螺桿一端連接連接塊，另一端連接后端板，并用螺母固定，各組燃料電池堆分 別通過數(shù)根螺桿連接后端板和中央集流板上的連接塊，螺桿恰好與燃料電池堆 平面相貼，并夾緊固定各組燃料電池堆。所述的連接塊兩端都設(shè)有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與螺桿上的螺紋相匹配，分別 連接中央集流板兩側(cè)燃料電池堆上用于夾緊固定的兩根螺桿。所述的連接塊設(shè)置在中央集流板上下表面與螺桿相對(duì)應(yīng)的位置。所述的連接塊根據(jù)燃料電池堆的組數(shù)和大小可設(shè)置6 40個(gè)。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型在集成式燃料電池堆的中央集流板上設(shè)置連接塊，連接塊兩端設(shè)有與螺桿相匹配的內(nèi)螺紋，將各燃料電池單堆集成封裝的同時(shí)，又各自相對(duì)獨(dú)立，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便，便于維修。


圖1為現(xiàn)有集成式燃料電池堆的封裝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1如圖2所示， 一種100KW的燃料電池堆的緊固裝置，包括四組燃料電池 堆a(bǔ)、 b、 c、 d，中央集流板l、后端板2a、 2b、 2c、 2d，該四組燃料電池堆a(bǔ)、 b、 c、 d分別設(shè)置在中央集流板l兩側(cè)，后端板后端板2a、 2b、 2c、 2d通過螺 桿3夾緊固定燃料電池堆進(jìn)行集成封裝，中央集流板1上與螺桿3相對(duì)應(yīng)的位 置共設(shè)有12個(gè)連接塊4，燃料電池堆a(bǔ)、 b通過上下各3個(gè)連接塊4對(duì)應(yīng)連接 設(shè)置，該連接塊4兩端設(shè)有與螺桿3上螺紋31、 32匹配的內(nèi)螺紋41、 42，所 述的螺桿3—端螺紋31、 32旋進(jìn)連接塊的內(nèi)螺紋41、 42內(nèi)，另一端穿過后端 板2a、 2b、 2c、 2d，用螺母5固定，各組燃料電池堆分別通過上下表面各3根 螺桿3穿過后端板2a、 2b、 2c、 2d，旋入中央集流板1上連接塊的內(nèi)螺紋41、 42內(nèi)，夾緊固定各組燃料電池堆，使各組燃料電池堆獨(dú)立拆裝。所述的連接塊4兩端都設(shè)有內(nèi)螺紋41、 42，該內(nèi)螺紋41、 42與螺桿3上 的螺紋31、 32相匹配，分別連接中央集流板l兩側(cè)燃料電池堆a(bǔ)、 b、 c、 d上 用于夾緊固定的兩根螺桿3。所述的連接塊4設(shè)置在中央集流板1上下表面與螺桿3相對(duì)應(yīng)的位置。實(shí)施例2參見圖2， 一種50KW的燃料電池堆的緊固裝置，包括中央集流板、后端 板、兩組燃料電池堆，該兩組燃料電池堆分別設(shè)置在中央集流板兩側(cè)，所述的 后端板通過螺桿夾緊固定燃料電池堆進(jìn)行集成封裝，所述的中央集流板上與螺 桿相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有上下各2個(gè)連接塊，該連接塊兩端設(shè)有與螺桿上螺紋匹配 的內(nèi)螺紋，所述的螺桿一端旋進(jìn)連接塊的內(nèi)螺紋內(nèi)，另一端穿過后端板，用螺 母固定，各組燃料電池堆分別通過數(shù)根螺桿穿過后端板，旋入中央集流板上連 接塊的內(nèi)螺紋內(nèi)，夾緊固定各組燃料電池堆，使各組燃料電池堆獨(dú)立拆裝。此外，本實(shí)用新型燃料電池還可以由二組或六組、八組、十組等多組電池 堆組合而成，根據(jù)燃料電池堆的組數(shù)和大小可設(shè)置6 40個(gè)連接塊。
權(quán)利要求1.一種燃料電池堆的緊固裝置，包括中央集流板、后端板、兩組或兩組以上燃料電池堆，該兩組或兩組以上燃料電池堆分別設(shè)置在中央集流板兩側(cè)，所述的后端板通過螺桿夾緊固定燃料電池堆進(jìn)行集成封裝設(shè)置，其特征在于，所述的中央集流板上與螺桿相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有連接塊，該連接塊兩端設(shè)有與螺桿上螺紋匹配的內(nèi)螺紋，所述的螺桿一端連接連接塊，另一端連接后端板，并用螺母固定，各組燃料電池堆分別通過數(shù)根螺桿連接后端板和中央集流板上的連接塊，螺桿恰好與燃料電池堆平面相貼，并夾緊固定各組燃料電池堆。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池堆的緊固裝置，其特征在于，所 述的連接塊兩端都設(shè)有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與螺桿上的螺紋相匹配，分別連接中 央集流板兩側(cè)燃料電池堆上用于夾緊固定的兩根螺桿。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池堆的緊固裝置，其特征在于，所 述的連接塊設(shè)置在中央集流板上下表面與螺桿相對(duì)應(yīng)的位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池堆的緊固裝置，其特征在于，所 述的連接塊根據(jù)燃料電池堆的組數(shù)和大小可設(shè)置6 40個(gè)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種燃料電池堆的緊固裝置，包括中央集流板、后端板、兩組或兩組以上燃料電池堆，該兩組或兩組以上燃料電池堆分別設(shè)置在中央集流板兩側(cè)，所述的后端板通過螺桿夾緊固定燃料電池堆進(jìn)行集成封裝設(shè)置，所述的中央集流板上與螺桿相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有連接塊，該連接塊兩端設(shè)有與螺桿上螺紋匹配的內(nèi)螺紋，所述的螺桿一端連接連接塊，另一端連接后端板，并用螺母固定，各組燃料電池堆分別通過數(shù)根螺桿連接后端板和中央集流板上的連接塊，螺桿恰好與燃料電池堆平面相貼，并夾緊固定各組燃料電池堆。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、各組燃料電池堆可獨(dú)立拆裝等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK201117729SQ200720076240
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者波 章, 胡里清 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司