CN105810976A - 一种易组装的单元燃料电池结构及燃料电池装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种易组装的单元燃料电池结构及燃料电池装置，包括壳体、两个空气阴极电极板以及一个阳极；壳体的储液腔的一侧设有第一空气导流凹槽，其另一侧对应设有第二空气导流凹槽；壳体上设有分别与第一空气导流凹槽、第二空气导流凹槽连通的进气通道，壳体上设有分别与第一空气导流凹槽、第二空气导流凹槽连通的排气通道；壳体上位于第一空气导流凹槽的一侧设有第一卡接件，所述壳体上位于第二空气导流凹槽的一侧设有与所述第一卡接件相匹配的第二卡接件。一种燃料电池装置，由至少两个单元燃料电池结构组合而成。本发明具有加工及组装方便、散热效果好的特点，能够延长燃料电池的使用寿命，降低生产成本。

Description

一种易组装的单元燃料电池结构及燃料电池装置

技术领域

本发明涉及铝、镁合金燃料电池，具体涉及一种易组装的单元燃料电池结构及燃料电池装置。

背景技术

燃料电池是将化学能直接转换为电能和热能的新型电池，其与常规电池的不同之处在于，只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。它因能量转换效率高、无污染、启动快、电池寿命长、能量高等优点，而在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源方面有广阔的应用前景。而与传统电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。目前燃料电池主要包括碱性燃料电池磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化次燃料电池、质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等，不管何种燃料电池，其结构中都必然包括阳极、阴极和位于阳极和阴极之间的电解质。

然而，单个燃料电池只能输出相对较小的电压，故为配合应用对象的供电需求，一般由多个串联的燃料电池构成燃料电池组。燃料电池组工作过程中会有反应热产生，由于各个燃料电池的化学反应发生在各自的封闭储液腔内，故各个单元燃料电池的反应热大小不均衡，如此，使得燃料电池组的性能参差不齐。另外，给燃料电池组添加电解液时，需要对各个燃料电池逐个添加，费时费力，且容易发生漏添的情况。为此，申请号为201420648552.9的发明专利公开了一种燃料电池组，其包括若干燃料电池；每一燃料电池包括壳体、安装于壳体的阳极和阴极；每一燃料电池的壳体开设有用于存储电解液的储液腔和连通储液腔的连通部；每两相邻的燃料电池的储液腔通过连通部相连通。上述发明每两相邻的燃料电池的储液腔通过连通部相连通，以使得各燃料电池的电解液相流动，实现每一个单元的电解液高度一致，从而使得同一燃料电池组内的各燃料电池的性能参数基本相同，优化燃料电池组的工作性能。但是这种燃料电池还存在加工及装配麻烦的缺点，而且存在散热效果差和使用寿命短的缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种易组装的单元燃料电池结构，具有加工及组装方便、散热效果好的特点，能够延长燃料电池的使用寿命，降低生产成本。

本发明的目的之二在于提供一种采用了上述易组装的单元燃料电池结构的燃料电池装置。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种易组装的单元燃料电池结构，包括内部设有储液腔的壳体，其特征在于：所述壳体的储液腔的一侧设有第一空气导流凹槽，其另一侧对应第一空气导流凹槽的位置设有第二空气导流凹槽，所述的第一空气导流凹槽与所述的第二空气导流凹槽的形状大小相匹配；所述壳体上设有分别与第一空气导流凹槽、第二空气导流凹槽连通的进气通道，所述壳体上设有分别与第一空气导流凹槽、第二空气导流凹槽连通的排气通道。

作为优选，还包括分别安装在储液腔侧壁上的两个空气阴极电极板，以及一个插入储液腔中并位于两个空气阴极电极板之间的阳极。

作为优选，所述壳体上位于第一空气导流凹槽的一侧设有第一卡接件，所述壳体上位于第二空气导流凹槽的一侧设有与所述第一卡接件相匹配的第二卡接件。

作为优选，所述第一卡接件包括Y形凹槽，所述第二卡接件包括能够与Y形凹槽卡扣配合的Y形凸起；或者是，所述第一卡接件包括Y形凸起，所述第二卡接件包括能够与Y形凸起卡扣配合的Y形凹槽。

作为优选，所述第一卡接件还包括圆环形卡槽，所述第二卡接件还包括能够与圆环形卡槽卡扣配合的圆环形套管；或者是，所述第一卡接件包括圆环形套管，所述第二卡接件包括能够与圆环形套管卡扣配合的圆环形凹槽；所述圆环形卡槽的内腔、圆环形套管的内腔分别与所述储液腔连通。

作为优选，所述壳体上位于储液腔下方的一侧设有与储液腔连通的电解液导流凹槽，其另一侧对应电解液导流凹槽的位置设有电解液导流盖板，所述电解液导流盖板与所述电解液导流凹槽的开口的形状大小相匹配；所述电解液导流凹槽的开口周缘处设有环形卡接槽，所述电解液导流盖板的周缘处设有与所述环形卡接槽相匹配的环形卡接块。

作为优选，所述电解液导流盖板上开设有与所述电解液导流凹槽连通的连接孔。

作为优选，所述储液腔包括位于壳体上部的上电解液腔和位于上电解液腔下方的电化学反应腔，所述上电解液腔与电化学反应腔相互连通。

作为优选，所述进气通道的一端设有贯穿壳体外表面的进气口，其另一端与储液腔连通；所述排气通道的一端设有贯穿壳体外表面的排气口，其另一端与储液腔连通。

作为优选，所述进气通道的进气口的数量为两个，它们分别设置在壳体左右两侧壁的下部；所述排气通道的排气口的数量为两个，它们分别设置在壳体左右两侧壁的上部。

作为优选，所述壳体上设有用于排放氢气的专用排放通道，该专用排放通道的一端与储液腔连通，其另一端贯穿壳体外表面与外部环境连通。

作为优选，所述单元燃料电池结构还包括一阳极盖体；所述壳体上部位于上电解液腔的一侧开有阳极插口，所述阳极插口的开口大小与阳极相匹配；所述阳极盖体的底面中部设有向下延伸出的环形插接槽；所述阳极的一端穿过阳极插口插接于壳体内，其另一端设有阳极引出端，所述阳极引出端的一端固定安装在所述环形插接槽中；所述阳极引出端为分体式结构，它包括管状引出端子和柱状引出端子，所述管状引出端子的下端与阳极固定连接，其上端与柱状引出端子的下端套接，所述柱状引出端子的上端固定安装在所述环形插接槽中；所述阳极上还设有一连接套，连接套的中部设有一容纳腔，该容纳腔的顶部开口，所述管状阳极引出端子位于所述容纳腔内；所述阳极盖体的底面还设有一个的插接套管，所述插接套管为阶梯型套管结构，它包括小直径套管和连接在小直径套管底端的大直径套管，所述小直径套管的顶端与所述环形插接槽固定连接，所述大直径套管的插接于所述连接套的容纳腔中；所述柱状引出端子设置在所述插接套管内，其一端与所述管状引出端子连接，其另一端依次穿过大直径套管、小直径套管与所述环形插接槽固定连接；所述连接套的两个相对的外侧壁上分别设有挂钩槽，与之对应，所述插接套管的大直径套管的外侧壁上分别设有与所述挂钩槽配合连接的挂钩；所述阳极盖体的外侧壁上设有导向凸块，与之对应，所述壳体的阳极插口的内侧壁上设有与导向凸块相匹配的导向凹槽。

一种燃料电池装置，由至少两个单元燃料电池结构组合而成；每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的第一空气导流凹槽与另一个单元燃料电池结构的第二空气导流凹槽围合形成一个空气导流通道，所述空气导流通道分别与进气通道、排气通道连通。

作为优选，每相邻的两个单元燃料电池结构之间通过第一卡接件与第二卡接件卡扣连接。

作为优选，每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的圆环形卡槽与另一个单元燃料电池结构的圆环形套管卡扣连接、形成一个电解液连接通道；每相邻的两个单元燃料电池结构的储液腔之间通过所述电解液连接通道连通。

作为优选，每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的电解液导流盖板与另一个单元燃料电池结构的电解液导流凹槽围合形成一个电解液导流腔，所述电解液导流盖板的环形卡接块与电解液导流凹槽的环形卡接槽之间卡扣连接；每相邻的两个单元燃料电池结构的电解液导流腔之间通过所述连接孔连通。

作为优选，位于最外侧的左右两个单元燃料电池结构分别与一个盖板密封连接。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明设计了一种全新的易组装的单元燃料电池结构，所述的燃料电池装置由至少两个单元燃料电池结构组合而成，每相邻的两个单元燃料电池结构之间通过第一卡接件与第二卡接件卡扣连接；每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的第一空气导流凹槽与另一个单元燃料电池结构的第二空气导流凹槽围合形成一个空气导流通道，所述空气导流通道分别与进气通道、排气通道连通；新空气从进气通道的进气口进入，从进气通道的另一端进入到电化学反应腔的阴极通道区间，空气电极吸收空气中的氧气后，剩余的空气和反应产生的热量进入排气通道，并从排气通道的排气口向外排出，形成冷、热空气循环。因此，它具有加工及组装方便、散热效果好的特点，能够延长燃料电池的使用寿命，降低生产成本。

2、本发明的进气通道的进气口的数量为两个，它们分别设置在壳体左右两侧壁的下部；所述排气通道的排气口的数量为两个，它们分别设置在壳体左右两侧壁的上部。这样设计，能够解决单元电池进气或散热不均的现象。

3、本发明的阳极引出端包括管状引出端子和柱状引出端子，它们之间采用连接套和插接套管实现密封连接，这样设计，能够起到很好的密封作用，防止电解液进入到连接套内，能够避免电解液腐蚀管状引出端子和柱状引出端子的连接处。

4、本发明的连接套的两个相对的外侧壁上分别设有挂钩槽，与之对应，所述插接套管的大直径套管的外侧壁上分别设有与所述挂钩槽配合连接的挂钩。这样设计，能够使得连接套与插接套管之间实现可拆卸的稳固连接，应急情况下，徒手更换阳极燃料快捷方便。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

图1为实施例1所述的单元燃料电池结构的结构示意图；

图2为实施例1所述的单元燃料电池结构另一角度的结构示意图；

图3为实施例1所述的单元燃料电池结构的剖示图；

图4为实施例1所述的阳极盖体、阳极的剖示图；

图5为实施例1所述的阳极盖体、插接套管的立体图；

图6为实施例1所述的阳极盖体的结构示意图；

图7为实施例1所述的阳极盖体的另一角度的结构示意图；

图8为实施例1所述的燃料电池装置的分体结构示意图；

其中，附图标记为：

100、单元燃料电池结构；1、壳体；11、储液腔；111、上电解液腔；112、电化学反应腔；12、第一空气导流凹槽；13、第二空气导流凹槽；14、进气通道；141、进气口；15、排气通道；151、排气口；16、Y形凹槽；17、Y形凸起；18、圆环形卡槽；19、圆环形套管；2、空气阴极电极板；3、阳极；31、阳极引出端；311、管状引出端子；312、柱状引出端子；41、电解液导流凹槽；411、环形卡接槽；42、电解液导流盖板；421、环形卡接块；422、连接孔；5、阳极盖体；51、环形插接槽；52、氢气排放孔；6、连接套；61、容纳腔；62、挂钩槽；7、插接套管；71、小直径套管；72、大直径套管；73、挂钩；8、阳极导电体；200、盖板；300、燃料电池装置。

具体实施方式

实施例1：

参照图1-8，本发明提供一种易组装的单元燃料电池结构100，包括内部设有储液腔11的壳体1，分别安装在储液腔11侧壁上的两个空气阴极电极板2，以及一个插入储液腔11中并位于两个空气阴极电极板2之间的阳极3；所述储液腔11包括位于壳体1上部的上电解液腔111和位于上电解液腔111下方的电化学反应腔112，所述上电解液腔111与电化学反应腔112相互连通。

所述壳体1的储液腔11的一侧设有第一空气导流凹槽12，其另一侧对应第一空气导流凹槽12的位置设有第二空气导流凹槽13，所述的第一空气导流凹槽12与所述的第二空气导流凹槽13的形状大小相匹配；所述壳体1上设有分别与第一空气导流凹槽12、第二空气导流凹槽13连通的进气通道14，所述壳体1上设有分别与第一空气导流凹槽12、第二空气导流凹槽13连通的排气通道15；所述壳体1上位于第一空气导流凹槽12的一侧设有第一卡接件，所述壳体1上位于第二空气导流凹槽13的一侧设有与所述第一卡接件相匹配的第二卡接件。所述第一卡接件包括Y形凹槽16，所述第二卡接件包括能够与Y形凹槽16卡扣配合的Y形凸起17；所述第一卡接件还包括圆环形卡槽18，所述第二卡接件还包括能够与圆环形卡槽18卡扣配合的圆环形套管19；所述圆环形卡槽18的内腔、圆环形套管19的内腔分别与所述储液腔11连通。

所述壳体1上位于储液腔11下方的一侧设有与储液腔11连通的电解液导流凹槽41，其另一侧对应电解液导流凹槽41的位置设有电解液导流盖板42，所述电解液导流盖板42与所述电解液导流凹槽41的开口的形状大小相匹配；所述电解液导流凹槽41的开口周缘处设有环形卡接槽411，所述电解液导流盖板42的周缘处设有与所述环形卡接槽411相匹配的环形卡接块421。所述电解液导流盖板42上开设有与所述电解液导流凹槽41连通的连接孔422。

所述进气通道14的一端设有贯穿壳体1外表面的进气口141，其另一端与储液腔11连通；所述排气通道15的一端设有贯穿壳体1外表面的排气口151，其另一端与储液腔11连通。所述进气通道14的进气口141的数量为两个，它们分别设置在壳体1左右两侧壁的下部；所述排气通道15的排气口151的数量为两个，它们分别设置在壳体1左右两侧壁的上部。

所述单元燃料电池结构100还包括一阳极盖体5；所述壳体1上部位于上电解液腔111的一侧开有阳极插口，所述阳极插口的开口大小与阳极3相匹配；所述阳极盖体5的底面中部设有向下延伸出的环形插接槽51；所述阳极盖体5的一侧内置有阳极导电体8；

所述阳极3的一端穿过阳极插口插接于壳体1内，其另一端设有阳极引出端31，所述阳极引出端31固定安装在所述环形插接槽51中；所述阳极引出端31通过导线与阳极导电体8电连接；

所述阳极引出端31为分体式结构，它包括管状引出端子311和柱状引出端子312，所述管状引出端子311的下端与阳极固定连接，其上端与柱状引出端子312的下端套接，所述柱状引出端子312的上端固定安装在所述环形插接槽51中。所述阳极3上还设有一连接套6，连接套6的中部设有一容纳腔61，该容纳腔61的顶部开口，所述管状引出端子311位于所述容纳腔61内；所述阳极盖体5的底面还设有一个的插接套管7，所述插接套管7为阶梯型套管结构，它包括小直径套管71和连接在小直径套管71底端的大直径套管72，所述小直径套管71的顶端与所述环形插接槽51固定连接，所述大直径套管72的插接于所述连接套6的容纳腔61中；所述柱状引出端子312设置在所述插接套管7内，其一端与所述管状引出端子311连接，其另一端依次穿过大直径套管72、小直径套管71与所述环形插接槽51固定连接。这样设计，能够起到很好的密封作用，防止电解液进入到连接套6内，能够避免电解液腐蚀管状引出端子311和柱状引出端子312的连接处。所述连接套6的两个相对的外侧壁上分别设有挂钩槽62，与之对应，所述插接套管7的大直径套管72的外侧壁上分别设有与所述挂钩槽62配合连接的挂钩73。这样设计，能够使得连接套6与插接套管7之间实现可拆卸的稳固连接，应急情况下，徒手更换阳极3燃料快捷方便。

所述壳体1上设有用于排放氢气的专用排放通道，该专用排放通道的一端与储液腔11连通，其另一端通过设置在阳极盖体5上的氢气排放孔52与外部环境连通。

参照图8，一种燃料电池装置300，由至少两个单元燃料电池结构100组合而成，位于最外侧的左右两个单元燃料电池结构100分别与一个盖板200密封连接。

每相邻的两个单元燃料电池结构100之间通过第一卡接件与第二卡接件卡扣连接；每相邻的两个单元燃料电池结构100中，其中一个单元燃料电池结构100的第一空气导流凹槽12与另一个单元燃料电池结构100的第二空气导流凹槽13围合形成一个空气导流通道，所述空气导流通道分别与进气通道14、排气通道15连通。

每相邻的两个单元燃料电池结构100中，其中一个单元燃料电池结构100的圆环形卡槽18与另一个单元燃料电池结构100的圆环形套管19卡扣连接、形成一个电解液连接通道；每相邻的两个单元燃料电池结构100的储液腔11之间通过所述电解液连接通道连通。

每相邻的两个单元燃料电池结构100中，其中一个单元燃料电池结构100的电解液导流盖板42与另一个单元燃料电池结构100的电解液导流凹槽41围合形成一个电解液导流腔，所述电解液导流盖板42的环形卡接块421与电解液导流凹槽的41环形卡接槽411之间卡扣连接；每相邻的两个单元燃料电池结构100的电解液导流腔之间通过所述连接孔422连通。

实施例2：

本实施例的特点是：所述阳极盖体的外侧壁上设有导向凸块，与之对应，所述壳体的阳极插口的内侧壁上设有与导向凸块相匹配的导向凹槽。这样设计，能够保证阳极盖板插入阳极开口顺畅并且定位准确。其他与实施例1相同。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种易组装的单元燃料电池结构，包括内部设有储液腔的壳体，其特征在于：所述壳体的储液腔的一侧设有第一空气导流凹槽，其另一侧对应第一空气导流凹槽的位置设有第二空气导流凹槽，所述的第一空气导流凹槽与所述的第二空气导流凹槽的形状大小相匹配；所述壳体上设有分别与第一空气导流凹槽、第二空气导流凹槽连通的进气通道，所述壳体上设有分别与第一空气导流凹槽、第二空气导流凹槽连通的排气通道。

2.根据权利要求1所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，还包括分别安装在储液腔侧壁上的两个空气阴极电极板，以及一个插入储液腔中并位于两个空气阴极电极板之间的阳极。

3.根据权利要求1所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述壳体上位于第一空气导流凹槽的一侧设有第一卡接件，所述壳体上位于第二空气导流凹槽的一侧设有与所述第一卡接件相匹配的第二卡接件。

4.根据权利要求3所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述第一卡接件包括Y形凹槽，所述第二卡接件包括能够与Y形凹槽卡扣配合的Y形凸起；或者是，所述第一卡接件包括Y形凸起，所述第二卡接件包括能够与Y形凸起卡扣配合的Y形凹槽。

5.根据权利要求3所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述第一卡接件还包括圆环形卡槽，所述第二卡接件还包括能够与圆环形卡槽卡扣配合的圆环形套管；或者是，所述第一卡接件包括圆环形套管，所述第二卡接件包括能够与圆环形套管卡扣配合的圆环形凹槽；所述圆环形卡槽的内腔、圆环形套管的内腔分别与所述储液腔连通。

6.根据权利要求1所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述壳体上位于储液腔下方的一侧设有与储液腔连通的电解液导流凹槽，其另一侧对应电解液导流凹槽的位置设有电解液导流盖板，所述电解液导流盖板与所述电解液导流凹槽的开口的形状大小相匹配；所述电解液导流凹槽的开口周缘处设有环形卡接槽，所述电解液导流盖板的周缘处设有与所述环形卡接槽相匹配的环形卡接块。

7.根据权利要求6所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述电解液导流盖板上开设有与所述电解液导流凹槽连通的连接孔。

8.根据权利要求1所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述进气通道的一端设有贯穿壳体外表面的进气口，其另一端与储液腔连通；所述排气通道的一端设有贯穿壳体外表面的排气口，其另一端与储液腔连通；所述进气通道的进气口的数量为两个，它们分别设置在壳体左右两侧壁的下部；所述排气通道的排气口的数量为两个，它们分别设置在壳体左右两侧壁的上部。

9.根据权利要求1所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述储液腔包括位于壳体上部的上电解液腔和位于上电解液腔下方的电化学反应腔，所述上电解液腔与电化学反应腔相互连通。

10.根据权利要求9所述的易组装的单元燃料电池结构，其特征在于，所述单元燃料电池结构还包括一阳极盖体；所述壳体上部位于上电解液腔的一侧开有阳极插口，所述阳极插口的开口大小与阳极相匹配；所述阳极盖体的底面中部设有向下延伸出的环形插接槽；所述阳极的一端穿过阳极插口插接于壳体内，其另一端设有阳极引出端，所述阳极引出端的一端固定安装在所述环形插接槽中；所述阳极引出端为分体式结构，它包括管状引出端子和柱状引出端子，所述管状引出端子的下端与阳极固定连接，其上端与柱状引出端子的下端套接，所述柱状引出端子的上端固定安装在所述环形插接槽中；所述阳极上还设有一连接套，连接套的中部设有一容纳腔，该容纳腔的顶部开口，所述管状阳极引出端子位于所述容纳腔内；所述阳极盖体的底面还设有一个的插接套管，所述插接套管为阶梯型套管结构，它包括小直径套管和连接在小直径套管底端的大直径套管，所述小直径套管的顶端与所述环形插接槽固定连接，所述大直径套管的插接于所述连接套的容纳腔中；所述柱状引出端子设置在所述插接套管内，其一端与所述管状引出端子连接，其另一端依次穿过大直径套管、小直径套管与所述环形插接槽固定连接；所述连接套的两个相对的外侧壁上分别设有挂钩槽，与之对应，所述插接套管的大直径套管的外侧壁上分别设有与所述挂钩槽配合连接的挂钩；所述阳极盖体的外侧壁上设有导向凸块，与之对应，所述壳体的阳极插口的内侧壁上设有与导向凸块相匹配的导向凹槽。

11.一种燃料电池装置，其特征在于，它由至少两个如权利要求1-10任意一项所述的单元燃料电池结构组合而成；每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的第一空气导流凹槽与另一个单元燃料电池结构的第二空气导流凹槽围合形成一个空气导流通道，所述空气导流通道分别与进气通道、排气通道连通。

12.根据权利要求11所述的燃料电池装置，其特征在于：每相邻的两个单元燃料电池结构之间通过第一卡接件与第二卡接件卡扣连接。

13.根据权利要求11所述的燃料电池装置，其特征在于：

每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的圆环形卡槽与另一个单元燃料电池结构的圆环形套管卡扣连接、形成一个电解液连接通道；每相邻的两个单元燃料电池结构的储液腔之间通过所述电解液连接通道连通；

每相邻的两个单元燃料电池结构中，其中一个单元燃料电池结构的电解液导流盖板与另一个单元燃料电池结构的电解液导流凹槽围合形成一个电解液导流腔，所述电解液导流盖板的环形卡接块与电解液导流凹槽的环形卡接槽之间卡扣连接；每相邻的两个单元燃料电池结构的电解液导流腔之间通过所述连接孔连通。