CN101436673A - 一种易于拆装的集成式燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种易于拆装的集成式燃料电池，包括中央集流板、后端板、两组或两组以上燃料电池堆，该两组或两组以上燃料电池堆分别设置在中央集流板两侧，所述的后端板通过螺杆夹紧固定燃料电池堆进行集成封装，所述的中央集流板上与螺杆相对应的位置设有连接块，该连接块两端设有与螺杆上螺纹匹配的内螺纹，所述的螺杆一端旋进连接块的内螺纹内，另一端穿过后端板，用螺母固定，各组燃料电池堆分别通过数根螺杆穿过后端板，旋入中央集流板上连接块的内螺纹内，使螺杆恰好与燃料电池堆平面相贴，并夹紧固定各组燃料电池堆，使各组燃料电池堆可以独立拆装。与现有技术相比，本发明具有结构简单、各组燃料电池堆可独立拆装等优点。

Description

一种易于拆装的集成式燃料电池
技术领域
本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种结构紧凑、便于安装的易于拆装的集成式燃料电池。
背景技术
电化学燃料电池是一种能够将氢燃料及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学反应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达：
阳极反应：H2→2H++2e
阴极反应：1/2O2+2H++2e→H2O
在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流电极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流电极板可以是金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流电极板上的导流孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流极板与阴极氧化剂的导流极板。这些导流极板既作为电流集流母板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流极板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括：(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或由甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组后进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式发电站。
质子交换膜燃料电池一般由若干个单电池通过串联或并联组装一起成为燃料电池堆。
燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统也叫做燃料电池发动机；但也可用作移动式或固定式发电站。
上述燃料电池发电系统不管用作燃料电池发动机或发电站，燃料电池堆与电池堆支持运行系统都需要进行集成、封装和固定，并达到作为一种符合特定场合用途的一体化设计的防尘、防震动、防水、防漏电以及美观的产品要求。上海神力公司“一种可以模块化装配的大规模集成式燃料电池”(发明专利号：03141840.6；实用新型专利号：03255963.1)就是一种通过许多燃料电池堆模块集成在一起的集成式燃料电池。
目前，这种集成式燃料电池堆一般具有一块中央集流板和各燃料电池单堆后端板，各燃料电池单堆对称分布在中央集流板两侧，并在各对称设置的两燃料电池单堆的后端板上穿设有至少二条拉杆，该拉杆穿过两对称燃料电池单堆的后端板和中央集流板，两端设有紧固螺帽，并通过调解紧固装置，将两后端板压紧，从而将燃料电池堆紧固在中央集流板中间(如图1)。
这种设计在拆装燃料电池堆的时候，需要同时调节两个燃料电池后端板上的紧固螺帽，一旦其中一个电堆发生故障，至少需要拆卸两个电堆，安装拆卸均不便。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、各组燃料电池堆可独立拆装的易于拆装的集成式燃料电池。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种易于拆装的集成式燃料电池，包括中央集流板、后端板、两组或两组以上燃料电池堆，该两组或两组以上燃料电池堆分别设置在中央集流板两侧，所述的后端板通过螺杆夹紧固定燃料电池堆进行集成封装，其特征在于，所述的中央集流板上与螺杆相对应的位置设有连接块，该连接块两端设有与螺杆上螺纹匹配的内螺纹，所述的螺杆一端旋进连接块的内螺纹内，另一端穿过后端板，用螺母固定，各组燃料电池堆分别通过数根螺杆穿过后端板，旋入中央集流板上连接块的内螺纹内，使螺杆恰好与燃料电池堆平面相贴，并夹紧固定各组燃料电池堆，使各组燃料电池堆可以独立拆装。
所述的连接块两端都设有内螺纹，该内螺纹与螺杆上的螺纹相匹配，分别连接中央集流板两侧燃料电池堆上用于夹紧固定的两根螺杆。
所述的连接块设置在中央集流板上下表面与螺杆相对应的位置。
所述的连接块根据燃料电池堆的组数和大小可设置6～40个。
与现有技术相比，本发明在集成式燃料电池堆的中央集流板上设置连接块，连接块两端设有与螺杆相匹配的内螺纹，将各燃料电池单堆集成封装的同时，又各自相对独立，结构简单、拆装方便，便于维修。
附图说明
图1为现有集成式燃料电池堆的封装结构示意图；
图2为本发明实施例1的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1
如图2所示，一种100KW的易于拆装的集成式燃料电池，包括四组燃料电池堆a、b、c、d，中央集流板1、后端板2a、2b、2c、2d，该四组燃料电池堆a、b、c、d分别设置在中央集流板1两侧，后端板后端板2a、2b、2c、2d通过螺杆3夹紧固定燃料电池堆进行集成封装，中央集流板1上与螺杆3相对应的位置共设有12个连接块4，燃料电池堆a、b通过上下各3个连接块4对应连接设置，该连接块4两端设有与螺杆3上螺纹31、32匹配的内螺纹41、42，所述的螺杆3一端螺纹31、32旋进连接块的内螺纹41、42内，另一端穿过后端板2a、2b、2c、2d，用螺母5固定，各组燃料电池堆分别通过上下表面各3根螺杆3穿过后端板2a、2b、2c、2d，旋入中央集流板1上连接块的内螺纹41、42内，夹紧固定各组燃料电池堆，使各组燃料电池堆独立拆装。
所述的连接块4两端都设有内螺纹41、42，该内螺纹41、42与螺杆3上的螺纹31、32相匹配，分别连接中央集流板1两侧燃料电池堆a、b、c、d上用于夹紧固定的两根螺杆3。
所述的连接块4设置在中央集流板1上下表面与螺杆3相对应的位置。
实施例2
参见图2，一种50KW的易于拆装的集成式燃料电池，包括中央集流板、后端板、两组燃料电池堆，该两组燃料电池堆分别设置在中央集流板两侧，所述的后端板通过螺杆夹紧固定燃料电池堆进行集成封装，所述的中央集流板上与螺杆相对应的位置设有上下各2个连接块，该连接块两端设有与螺杆上螺纹匹配的内螺纹，所述的螺杆一端旋进连接块的内螺纹内，另一端穿过后端板，用螺母固定，各组燃料电池堆分别通过数根螺杆穿过后端板，旋入中央集流板上连接块的内螺纹内，夹紧固定各组燃料电池堆，使各组燃料电池堆独立拆装。
此外，本发明燃料电池还可以由二组或六组、八组、十组等多组电池堆组合而成，根据燃料电池堆的组数和大小可设置6～40个连接块。

Claims (4)

1.一种易于拆装的集成式燃料电池，包括中央集流板、后端板、两组或两组以上燃料电池堆，该两组或两组以上燃料电池堆分别设置在中央集流板两侧，所述的后端板通过螺杆夹紧固定燃料电池堆进行集成封装，其特征在于，所述的中央集流板上与螺杆相对应的位置设有连接块，该连接块两端设有与螺杆上螺纹匹配的内螺纹，所述的螺杆一端旋进连接块的内螺纹内，另一端穿过后端板，用螺母固定，各组燃料电池堆分别通过数根螺杆穿过后端板，旋入中央集流板上连接块的内螺纹内，使螺杆恰好与燃料电池堆平面相贴，并夹紧固定各组燃料电池堆，使各组燃料电池堆可以独立拆装。
2.根据权利要求1所述的一种易于拆装的集成式燃料电池，其特征在于，所述的连接块两端都设有内螺纹，该内螺纹与螺杆上的螺纹相匹配，分别连接中央集流板两侧燃料电池堆上用于夹紧固定的两根螺杆。
3.根据权利要求1所述的一种易于拆装的集成式燃料电池，其特征在于，所述的连接块设置在中央集流板上下表面与螺杆相对应的位置。
4.根据权利要求1所述的一种易于拆装的集成式燃料电池，其特征在于，所述的连接块根据燃料电池堆的组数和大小可设置6～40个。
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WO2023035454A1 (zh) * 2021-09-07 2023-03-16 爱德曼氢能源装备有限公司 一种燃料电池极板结构及电堆

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