CN109755610A - 封闭式风冷燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种封闭式风冷燃料电池，包括阳极板、膜电极组件，还包括阴极板、散热板，膜电极组件夹设在阳极板与阴极板之间，散热板叠设在阴极板上，散热板与阴极板之间形成供自然空气流通的散热通道，阴极板与膜电极组件之间形成有供氧气或过滤后的空气流通的供氧通道，散热通道与供氧通道相互隔离。使得含有杂质的空气只做散热用，不再与膜电极组件接触，进而降低空气质量对膜电极组件寿命的影响，延长膜电极组件的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种封闭式风冷燃料电池。
背景技术
燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的化学装置。按电解质性质，燃料电池可细分为有碱性燃料电池(AFC)、质子交换膜燃料电池(PEMFC)、磷酸燃料电池(PAFC)、熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)、固态氧化物燃料电池(SOFC)。其中，质子交换膜燃料电池发电是直接将燃料的化学能转变为电能，步骤少、效率高，发电过程中没有燃烧，所以不会产生污染，没有转动组件，所以噪音低。质子交换膜燃料电池属于低温燃料电池，近年发展迅速。
质子交换膜燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成。阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为电解质。阳极氢气在催化剂的作用下解离生成氢离子和电子，然后氢离子经过电解质到达阴极，并且和经由外电路到达阴极的电子以及阴极氧气在阴极催化剂的作用下反应生成水。工作时相当于一直流电源，其阳极即电源负极，阴极为电源正极。
燃料电池在工作过程中会产生热量，现在一般采用风冷和水冷两种冷却方式。如申请公布号CN105914386A的中国发明专利公开的一种在线供氢风冷燃料电池系统。
如图1所示，是现有的风冷式质子交换膜燃料电池单体的断面示意图，多个电池单体串联一起可以形成电堆，以满足实际的工作电压需要。为便于说明，以一个电池单体举例，该电池单体包括阳极板1、阴极板3、膜电极组件2，三者叠设在一起。阳极板1、阴极板3也即是双极板。膜电极组件，也即MEA，是燃料电池的质子交换膜、催化剂和电极的组合。其中阴极板的造型是瓦楞板，阴极板上的若干贯通的凹槽31，形成供空气流通的散热风道，空气一方面是提供反应所需的氧气，另一方面空气作为冷却介质，对电池进行散热。该风冷式质子交换膜燃料电池，与空气接触面积大，散热效果好，但也存在一个较大的缺点：由于空气中含有较多杂质，特别是大气污染严重的地区。空气在满足风冷散热的目的方面是没问题的，但是空气直接与膜电极组件接触以提供氧气，空气质量会严重影响质子交换膜的使用寿命，而膜电极组件又是燃料电池的核心部件，且价格昂贵，因此这是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种封闭式风冷燃料电池，以将散热风道和供氧气通道隔离开，解决空气质量对膜电极组件寿命影响比较大的问题。
为实现上述目的，本发明封闭式风冷燃料电池采用如下技术方案：封闭式风冷燃料电池，包括阳极板、膜电极组件，还包括阴极板、散热板，膜电极组件夹设在阳极板与阴极板之间，散热板叠设在阴极板上，散热板与阴极板之间形成供自然空气流通的散热通道，阴极板与膜电极组件之间形成有供氧气或过滤后的空气流通的供氧通道，散热通道与供氧通道相互隔离。
进一步优选，所述散热板为瓦楞板，具有若干个并列的散热通道。
进一步优选，所述阴极板上一端设有供所述氧气或过滤后的空气进入的第一进气口，另一端设有对应的第一排气口。
进一步优选，所述阴极板的朝向膜电极组件的一侧壁凹设有第一气流通道，第一气流通道连通第一进气口、第二排气口。
进一步优选，所述阳极板上一端设有供氢气进入的第二进气口，另一端设有对应的第二出气口，第二进气口与第二出气口均连通阳极板与膜电极组件之间形成的空腔。
进一步优选，所述阳极板的朝向膜电极组件的一侧壁凹设有第二气流通道，第二气流通道连接第二进气口与第二出气口。
本发明的有益效果：
本发明封闭式风冷燃料电池，设置一阴极板及散热板，代替现有的阴极板。阴极板与散热板之间形成空气通道，供散热用的空气流通，阴极板与膜电极组件之间形成有供氧气或过滤后的空气流通的供氧通道，散热通道与供氧通道相互隔离设置，这样设计有如下特点：
(1)可以对空气过滤之后再将其通入供氧通道以提供反应所需的氧气，使得含有杂质的空气只做散热用，不再与质子交换膜接触，进而降低空气质量对膜电极组件寿命的影响，可以大大延长了膜电极组件的使用寿命，进而最终提高燃料电池的使用寿命。
(2)现有的阴极板需要电镀一层特殊金属层，以抗腐蚀；通过本发明的结构设计，则可减小电镀面积，降低成本。
(3)为进一步优化控制创造了条件，例如，当燃料电池不需要散热时，就可将散热风扇关闭，此时，又不影响提供反应所需的氧气。反之，现有技术则不行，因为散热通道与供氧通道是同一个通道。
附图说明
图1是现有技术的一种燃料电池的结构示意图；
图2是本发明封闭式风冷燃料电池实施例1的结构示意图；
图3是图2中阴极板的从下侧看的结构示意图；
图4是图2中散热板的立体结构示意图；
图5是图4中散热板的主视图；
图6是本发明封闭式风冷燃料电池实施例3中散热板的结构示意图。
图1至图6中标记对应的名称：1，阳极板；2，膜电极组件；3，阴极板；31，凹槽；4，阳极板；5，膜电极组件；6，阴极板；61，第一进气口；62，第一排气口；63，第一气流通道；7，散热板；71，矩形槽；8，散热板；81，梯形槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明封闭式风冷燃料电池实施例1：
需要事先说明的是，实施例中各组件比例、尺寸及其变形量是按利于说明的比例和尺寸绘制，而非实际尺寸，也非用以限制本发明。本发明的创新之处，在于对单个电池单元的结构优化设计，因此，以下实施例仅以单元为例进行说明。
如图2-图5所示，封闭式风冷燃料电池，包括阳极板4、膜电极组件5、阴极板6、散热板7，膜电极组件5夹设在阳极板4与阴极板6之间，散热板7叠设在阴极板6上。本实施例中，定义阴极板6在阳极板4的上方，阳极板4、阴极板6及膜电极组件5均是平置，之间相互叠设。本实施例中的膜电极组件是现有技术，膜电极组件也即MEA(Membrane ElectrodeAssemblies)。
散热板7与阴极板6之间形成供自然空气流通的散热通道，阴极板6与膜电极组件5之间形成有供氧气或过滤后的空气流通的供氧通道，散热通道与供氧通道相互隔离。散热板7具有若干个并列的矩形槽71，这种结构的板也称为瓦楞板，矩形槽71作为散热通道，散热通道两端贯通，供空气流通，该部分空气不需要过滤处理，自然空气即可，因为其只与阴极板6的上侧面接触以将电池工作时产生的热量带走，是散热用的，并不与膜电极组件5接触。为便于理解，本发明的散热板结构类似现有技术中质子交换膜电池的阴极板6。
阴极板6上一端设有供过滤后的空气进入的第一进气口61，另一端设有对应的第一排气口62。阴极板6的朝向膜电极组件5的一侧壁凹设有第一气流通道63，第一气流通道63连通第一进气口61、第二排气口。从第一进气口61进入的是经过过滤后的干净的空气，过滤后的干净空气通过气管连接第一进气口61即可，利用干净的空气向供氧通道提供反应所需的氧气，避免了空气中的杂质与膜电极组件5接触，这样可以大幅度延长膜电极组件5的使用寿命。反应后的空气从第一排气口62排出，第一排气口62通过对应的排气管排出。过滤空气的设备属于现有技术，不是本申请涉及的内容。本实施例中优先采用过滤后的空气，以降低成本，当然也可采用氧气，采用氧气时还需要额外设置供氧设备。
阳极板4上一端设有供氢气进入的第二进气口，另一端设有对应的第二出气口，第二进气口与第二出气口均连通阳极板4与膜电极组件5之间形成的空腔。阳极板4的朝向膜电极组件5的一侧壁凹设有第二气流通道，第二气流通道连接第二进气口与第二出气口。供氢气的设备属于现有技术，背景技术中介绍的现有质子交换膜燃料电池也是需要供氢气的设备的。第二气流通道类似于第一气流通道，未在图中单独示出。
本发明封闭式风冷燃料电池实施例2：
本实施例中与实施例1的区别仅在于，阳极板采用现有技术中的未设置第二气流通道的阳极板。因阳极板与膜电极组件在叠设时，周边是通过胶粘的，密封固定的同时，也是得阳极板与膜电极组件中部的部分之间形成有间隙，供气流通过。
本发明封闭式风冷燃料电池实施例3：
本实施例中与实施例1的区别仅在于，散热板的结构采用别的结构形式。散热板8设置的若干个散热通道，单个散热通道截面设计成梯形槽81，如图6所示。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.封闭式风冷燃料电池，包括阳极板、膜电极组件，其特征在于：还包括阴极板、散热板，膜电极组件夹设在阳极板与阴极板之间，散热板叠设在阴极板上，散热板与阴极板之间形成供自然空气流通的散热通道，阴极板与膜电极组件之间形成有供氧气或过滤后的空气流通的供氧通道，散热通道与供氧通道相互隔离。
2.根据权利要求1所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述散热板为瓦楞板，具有若干个并列的散热通道。
3.根据权利要求1所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阴极板上一端设有供所述氧气或过滤后的空气进入的第一进气口，另一端设有对应的第一排气口。
4.根据权利要求3所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阴极板的朝向膜电极组件的一侧壁凹设有第一气流通道，第一气流通道连通第一进气口、第二排气口。
5.根据权利要求1所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阳极板上一端设有供氢气进入的第二进气口，另一端设有对应的第二出气口，第二进气口与第二出气口均连通阳极板与膜电极组件之间形成的空腔。
6.根据权利要求5所述的封闭式风冷燃料电池，其特征在于：所述阳极板的朝向膜电极组件的一侧壁凹设有第二气流通道，第二气流通道连接第二进气口与第二出气口。
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