CN1549358A - 燃料电池发电机的密封构造 - Google Patents

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黄�俊
黄龍俊
金鐵焕
高承兌
許成根
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李明浩
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Abstract

一种燃料电池发电机的密封构造属燃料电池及其制造领域，解决燃料电池中燃料及空气容易泄露及组装麻烦的问题，其密封构造是：沿着一侧的双极板(106)内侧面的周边形成了一定深度的结合槽(201)；在其它一侧的双极板(106)内侧面为了能够结合上述结合槽(201)而形成了突出的结合突起(202)；在发电机(100)进行组装时，依据结合突起(202)插入组装于结合槽(201)中，这样不仅使双极板(106)的组装变的较为容易，而且这样的结合，因为在其结合部位上卡断了燃料和空气的泄露，从而有效的防止了发电时燃料和空气的泄露。

Description

燃料电池发电机的密封构造
技术领域
本发明属燃料电池及其制造领域涉及燃料电池发电机的密封构造，特别是使从外部得到供给燃料和空气并通过电化学反应生成电的燃料电池，组装变的容易，而且还有效的防止了发电时燃料和空气的泄露的，燃料电池发电机的密封构造。
背景技术
一般来讲，燃料电池为直接将燃料能源转化为电能的装置，这样的燃料电池通常以高分子电解质为中心，两侧则附着了多孔质的阳极和阴极，在阳极(氧化电极或燃料极)发生了用做燃料的氢气的电化学性的氧化反应，在阴极(还原电极或空气极)发生了做为氧化剂的氧气的电化学性的还原反应，通过这两个反应所产生的电子的移动便产生了电能。
类似这样在燃料电池供给的氢气是将LNG，LPG，CH3OH，汽油等碳氢化合物系列燃料(CH系列)，在重整反应器中通过脱磺工程→重整反应→氢气精制工程中，只是精制了氢气，其以气体状态使用的PEMFC系统，以及将固体状态的BH4-制成水溶液状态直接作为原料使用的BFC系统等被广泛介绍。
以往BFC系统的构造正如图1和图2所示，如图所示，燃料电池(1)的整体构成是：在产生电能的发电机(10)的一侧为了储藏水溶液状态的BH4 -，具备有燃料储罐(2)，在此燃料储罐(2)和发电机(10)的阳极中是用燃料供给线路(3)和燃料回收线路(4)来连接的，在此燃料供给线路(3)中为了抽吸燃料而设置了燃料泵(5)。
再有，上述发电机(10)的阴极中设置了空气供给线路(6)和空气排出线路(7)，在此空气供给线路(6)中为了抽吸供给的空气而设置了空气泵(8)。
一般来讲，上述发电机(10)是以单一的电池或者单一电池多层叠加的状态形成的，以单一电池状态进行说明的话，其构成是：为了扩散电解质膜(21)的两侧的气体，阳极(22)和阴极(23)接合形成了膜-电极接合体(24)；在膜-电极接合体(24)的两侧紧密的组装的，并在阳极(22)和阴极(23)中形成燃料气体以及氧气含有气体的流路(31)的双极板(25)；在此双极板(25)和电解质膜(21)之间的周边当中插入用于卡断燃料和空气泄露的气体罩(26)；位于上述双极板(25)的两侧的形成阳极(22)和阴极(23)的集电板(27)等构成。
如上所述构成的以往技术的燃料电池，打开机器开关的话，燃料泵(5)将抽吸储藏在燃料储罐(2)的水溶液状态的BH4 -，通过燃料供给线路(3)供给到发电机(10)的阳极(22)中，与此同时，启动空气泵(8)，通过空气供给线路(6)向发电机(10)的阴极(23)供给空气。
如上所述，向发电机(10)供给的水溶液状态的BH4 -和空气在发电机中的高分子电解质膜之间流动，在阳极(22)中进行了氢气的电化学性的氧化反应，而在阴极(23)中进行了氧气的电化学性还原反应，此时，因上述两个反应电子进行移动而产生电能，此时，将产生的电能集聚在集电板(27)上，作为能源来使用。
这时的反应方程式是：
阳极：      E0＝1.24V
阴极：              E0＝0.4V
总合：BH4 -+2O2→2H2O+BO2 -           E0＝1.64V
但是，如上所述的以往技术的燃料电池的发电机(10)是在双极板(25)和电解质膜(21)的之间插入了气体罩(26)，并用螺栓(未图示)等紧密的维持密着状态来使用，但是，在其组装过程中因螺栓(未图示)等的拧紧强度等的差异，存在着部分产生缝隙的可能，从而导致了燃料和空气泄露的问题点，导致了发电效率的降低。
再有，如上所述的发电机(10)诸多的附件密切接触的状态，最终是要利用螺栓(未图示)来固定，发电机(10)的尺寸大的情况下各个配件的尺寸也随之变大，因此，用于螺栓组装的螺栓孔一致的排列制造是很不容易的事情，因此也存在着问题。
发明内容
本发明是为了解决上述以往技术的问题提出来的，本发明的目的是提供如下的燃料电池发电机的密封构造的：即，各附件的组装更加容易，而且组装后密闭性得到了提高，从而有效的防止了燃料和空气的泄露。
为了达到上述目的，本发明的燃料电池发电机的密封构造的构成是：在电解质膜的一侧面上附着了燃料得到供给，而产生电化学性的氧化反应的阳极，而另一侧面附着了空气得到供给，而产生电化学性的还原反应的阴极并由两侧的阳极和阴极接合而形成的膜-电极接合体；在膜-电极接合体的两侧紧密的组装在阳极和阴极中形成燃料气体以及氧气含有气体的流路的双极板；在此双极板和电解质膜之间的周边中插入的用于卡断燃料和空气泄露的气体罩；密着于上述双极板外侧面的用于集电的集电板构成。
沿着一侧的双极板内侧面的周边形成了一定深度的结合槽；在其它侧的双极板内侧面为了能够结合上述结合槽形成了突出的结合突起；在发电机组装时，依据结合突起插入在结合槽中，这样不仅使双极板的组装变的容易而且在结合部位上卡断了燃料和空气的泄露，从而提供以此为特征的燃料电池发电机的密封构造。
优点及积极效果
正如上面所叙述的那样，依据本发明的燃料电池发电机的密封构造的构成是：在电解质膜的一侧面上附着了燃料得到供给而产生电化学性的氧化反应的阳极，而另一侧面附着了空气得到供给而产生电化学性的还原反应的阴极，并由两侧的阳极和阴极接合而形成的膜-电极接合体；在膜-电极接合体的两侧紧密的组装，在阳极和阴极中形成燃料气体以及氧气含有气体的流路的双极板；在此双极板和电解质膜之间的周边当中插入的用于卡断燃料和空气泄露的气体罩；密着于上述双极板外侧面的用于集电的集电板构成的具备发电机的燃料电池，沿着一侧的双极板内侧面的周边形成了一定深度的结合槽；在其它侧的双极板内侧面为了能够结合上述结合槽形成了突出的结合突起；在发电机组装时，依据结合突起插入组装在结合槽中，这样不仅使双极板的组装变的容易，而且这样的结合，在结合部位上一次性的卡断了燃料和空气的泄露，从而得到了燃料和空气丝毫不泄露的效果。
附图说明
图1是以往技术的燃料电池简要构成示意图。
图2是以往技术的燃料电池的纵断面示意图。
图3是本发明的具有密封构造的燃料电池发电机实施例子的分解斜视示意图。
图4是图3的组装断面图。
图5是依据本发明的实施例子的组装断面图。
各图中：
1：燃料电池、         2：燃料储罐、
3：燃料供给线路、     4：燃料回收线路、
5：燃料泵、           6：空气供给线路、
7：空气排出线路、     8：空气泵、
10：发电机、          21：电解质膜、
22：阳极、            23：阴极、
24：膜-电极接合体、   25：双极板、
26：气体罩(衬垫)、    27：集电板、
31：流路、            100：发电机、
101：电解质膜、       102：阳极、
103：阴极、           104：膜—电极结合体、
105：流路、           106：双极板、
106a：流路槽、        107：气体罩(衬垫)、
108：集电板、         201：接合槽、
201a：环形部、        202：结合凸起、
202a：环形部、        301：结合槽、
302：结合凸起、       S：多层叠加、
LNG：液化天然气、     LPG：液化石油气、
CH3OH：甲醇、        PEMFC：高分子电解质膜燃料电池、
BFC：硼燃料电池。
具体实施例
如下是参照上述构成的本发明的燃料电池发电机密封构造的实施例进行的详细说明。
图3是依据本发明的具有密封构造的燃料电池发电机实施例子的分解斜视示意图。图4是图3的组装断面图。
如图所示，依据本发明的具有密封构造的燃料电池发电机(100)是：为了扩散电解质膜(101)的两侧的气体，阳极(102)和阴极(103)接合而形成的膜-电极接合体(104)，在此膜-电极接合体(104)的两侧紧密的附着在阳极(102)和阴极(103)的外侧面形成了水溶液状态的BH4 -、空气能够流动的流路(105)的双极板(106)，在此双极板(106)和上述膜-电极接合体(104)之间的周边当中插入的用于1次性卡断燃料和空气泄露的气体罩(107)；位于上述双极板(106)的外侧形成了将产生的电集聚的集电板(108)构成。
上述膜-电极接合体(104)的电解质膜(101)是由高分子材料作成的离子交换膜构成的，已经商品化的具有代表性的电解质膜(101)有杜邦公司生产的Nafion膜，氢离子在起到传递作用的同时也起到阻挡氧气和氢气的接触，阳极(102)和阴极(103)作为支持白金催化剂层的支持体，以多孔性的复写纸或者复写布与电解质膜(101)的两侧粘着的状态构成。
上述双极板(106)是由精细质的碳极板构成的四角型板体，其内侧面与上述膜-电极接合体(104)的两侧面贴近时，为了能形成流路(105)从而形成了复数个流路槽(106a)。
再有，上述双极板(106)中，一侧的双极板(106)的内侧面上随着上述流路槽(106a)形成的部位的外侧即周边部位按一定的宽度和深度形成了接合槽(201)；另一侧的双极板(106)的内侧面中形成了插入于上述接合槽(201)的具有一定厚度和高度的结合突起(202)，这样就能保证沿着流路流动的燃料和空气不会流向外侧而泄露。
还有，在上述接合槽(201)的入口部和结合突起(202)的前段边沿部位中的任何一处，为了使接合时插入容易一些，皆形成为环形部(201a)(202a)是正确的，若在其两侧结合部位都形成为环形部(201a)(202a)的话，就更容易接合了。
组装如上构成的本发明的发电机(100)时，在电解质膜(101)的一侧附着了阳极(102)，另一侧附着了阴极(103)的膜-电极接合体(104)和气体罩(107)之间紧密装着双极板(106)之后，在其外侧紧密装着集电板(108)的状态下，用螺栓(未图示)固定，而在紧密装着上述双极板(106)的时候，流路槽(106a)形成的内侧面要相互相向安装。
再有，如上所述紧密装着的双极板(106)中，一侧的双极板(106)的内侧面上插入结合突起(202)，在上述接合槽(201)的入口部和结合突起(202)的前段边沿部位中皆形成了环形部(201a)(202a)，就更容易迅速的接合了。
如上构成的发电机(100)在发电时，阳极(102)一侧的流路(105)中供给了水溶液状态的BH4 -，阴极(103)一侧的流路(105)中供给了空气，从而在电解质膜(101)一侧的阳极(102)中产生了电化学性的氧化反应，而在阴极(103)中则产生了电化学性的还原反应，依据这两个反应电子得到移动产生了电，这样产生的电集聚于集电板(108)上。
还有，如上构成的发电机(100)在发电时，向发电机(100)的内侧流路供给的在阳极(102)和阴极(103)扩散的水溶液状态的BH4 -和空气则依据双极板(106)的接合槽(201)和结合突起(202)而形成的接合部位，被1次性的卡断了向外部的泄露，又依据在其接合部位的外侧设置的气体罩(107)泄露被1次性的卡断，这样燃料和空气丝毫也不会向外部泄露。
图5是依据本发明的实施例子的组装图，如图所示，基本的发电机的构成和图3所示的实施例子是同一的。
只不过，双极板(106)的一侧面形成了接合槽(301)，另一侧面形成了结合突起(302)，以单位电池状态形成的发电机(100)进行多层叠加，而构成多层叠加(S)形态时，能够较为容易的组装。
在上述的实施例子中，尽管说明了有关利用了在阳极(102)供应的水溶液状态的BH4 -的燃料的发电机(100)，但并非仅仅局限于此，即使是直接向阳极供给氢气而产生电的发电机上，只要是适用同一形态的密封构造，就可以获得同样的效果。

Claims (4)

1.一种燃料电池发电机的密封构造包括有：在电解质膜的一侧面上附着了燃料得到供给而产生电化学性的氧化反应的阳极，而另一侧面附着了空气得到供给而产生电化学性的还原反应的阴极，由两侧的阳极和阴极接合而形成的膜-电极接合体；在膜-电极接合体的两侧紧密的组装使在阳极和阴极中形成燃料气体以及氧气含有气体的流路的双极板；在此双极板和电解质膜之间的周边当中形成的用于卡断燃料和空气泄露的气体罩；密着于上述双极板外侧面的用于集电的集电板构成的燃料电池，其特征是：沿着一侧的双极板内侧面的周边形成了一定深度的结合槽；在其它侧的双极板内侧面为了能够结合上述结合槽形成了突出的结合突起；在发电机组装时，使结合突起插入在结合槽中，这样不仅使双极板的组装变的容易，而且这样的结合，在结合部位上卡断了燃料和空气的泄露。
2.根据权利要求1所述的燃料电池发电机的密封构造，其特征是：为了使上述接合槽的入口部和结合突起的前端部在边沿部位上的接合更加容易皆形成有环形部。
3.一种燃料电池发电机的密封构造在电解质膜的一侧面上附着了燃料得到供给而产生电化学性的氧化反应的阳极，而另一侧面附着了空气得到供给而产生电化学性的还原反应的阴极，并由两侧的阳极和阴极接合而形成的膜-电极接合体；在膜-电极接合体的两侧紧密的组装使在阳极和阴极中形成燃料气体以及氧气含有气体的流路的双极板；在此双极板和电解质膜之间的周边当中形成的用于卡断燃料和空气泄露的气体罩；密着于上述双极板外侧面的用于集电的集电板构成的单一电池，由经过多层叠加而构成燃料电池发电机；其特征是：沿着一侧的双极板内侧面的周边形成了一定深度的结合槽；在其它侧的双极板内侧面为了能够结合上述结合槽形成了突出的结合突起；使得多个双极板连续容易的叠加的构成。
4.根据权利要求3所述的燃料电池发电机的密封构造，其特征是：为了使上述接合槽的入口部和结合突起的前端部在边沿部位上的接合更加容易形成了环形部。
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