CN210224187U - 质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆 - Google Patents

质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆 Download PDF

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Abstract

质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆,包括鼓膜底座(2)、鼓膜体(3)、鼓膜盖(4)、电堆(6)和上端板(7)；鼓膜底座(2)底部至少有一个气嘴(1)，鼓膜底座(2)上侧与鼓膜盖(4)之间夹持固定鼓膜体(3)，鼓膜盖(4)上侧通过上端板(7)夹持固定电堆(6)，上端板(7)和鼓膜底座(2)边缘通过紧固螺栓(5)穿接。上端板和鼓膜底座之间夹持安装电堆和鼓膜体，通过压力表方便监控电堆组装力和补充组装力，组装力可控，电堆压力均匀，能量转换率高；发电时不产生污染，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。

Description

质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆
技术领域
本实用新型涉及质子交换膜燃料电池创改进技术，尤其是质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆。
背景技术
质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)是一种燃料电池，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，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过，而H2失去的电子则从导线通过。发电单元模块化，发电过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，所以，质子交换膜燃料电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。
质子交换膜燃料电池工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。由于质子交换膜只能传导质子，因此氢离子(即质子)可直接穿过质子交换膜到达阴极，而电子只能通过外电路才能到达阴极。当电子通过外电路流向阴极时就产生了直流电。以阳极为参考时，阴极电位为1.23V。也即每一单电池的发电电压理论上限为1.23V。单电池层叠组合就能构成输出电压满足实际负载需要的燃料电池堆，简称电堆。接有负载时输出电压取决于输出电流密度，通常在0.5～1V之间。将多个电堆由多个单体电池以串联方式层叠组合而成。将双极板与膜电极三合一组件(MEA)交替叠合，各单体之间嵌入密封件，经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢，即构成质子交换膜燃料电池电堆，叠合压紧时应确保气体主通道对正以便氢气和氧气能顺利通达每一单电池。电堆工作时，氢气和氧气分别由进口引入，经电堆气体主通道分配至各单电池的双极板，经双极板导流均匀分配至电极，通过电极支撑体与催化剂接触进行电化学反应。
质子交换膜燃料电池电堆组装一般采用压机、扭矩扳子等方法施力组装，压机控制组装力依赖压机施力，这种施力方式一般采用机械螺杆或液压，将电堆放在施力平台上，可从压机上读出总组装力。电堆平面受力仅依赖计算或者组装压力传感器读出；扭矩扳子控制组装力依赖扭矩读数，仅能读出固定螺栓受力，也不能控制电池平面上受力分布。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，解决以上现有技术问题。
本实用新型的目的将通过以下技术措施来实现：包括鼓膜底座、鼓膜体、鼓膜盖、电堆和上端板；鼓膜底座底部至少有一个气嘴，鼓膜底座上侧与鼓膜盖之间夹持固定鼓膜体，鼓膜盖上侧通过上端板夹持固定电堆，上端板和鼓膜底座边缘通过紧固螺栓穿接。
尤其是，鼓膜底座底面中部向下突出安装有一个气嘴。
尤其是，鼓膜底座上侧中部下凹构成鼓膜腔。
尤其是，鼓膜底座前后侧分别有一排定位底孔，鼓膜盖上端面对角位置分别加工一个定位孔，上端板前后两侧分别有一排顶定位孔，二根定位杆在对角位置贯穿顶定位孔、定位孔和定位底孔。
尤其是，鼓膜体边缘加工有一组膜固定孔，鼓膜腔外侧或底面周缘加工有用于固定鼓膜体边缘的另一组膜固定孔，通过螺钉穿接二组膜固定孔。
尤其是，鼓膜底座上加工有用于紧固电堆的边螺栓底孔，上端板左右两侧分别有一列边螺栓顶孔，边螺栓底孔的位置与所装电堆的上端板的边螺栓顶孔相对应；紧固螺栓贯穿边螺栓顶孔和边螺栓底孔固定。
尤其是，鼓膜盖下端面为平面。
尤其是，鼓膜盖下端面中部向上凹入，鼓膜体顶面嵌入其中。
尤其是，鼓膜体膨胀高度为0-30mm。
本实用新型的优点和效果：上端板和鼓膜底座之间夹持安装电堆和鼓膜体，通过压力表方便监控电堆组装力和补充组装力，组装力可控，电堆压力均匀，能量转换率高；发电时不产生污染，可靠性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。
附图说明
图1为本实用新型实施例1结构示意图。
图2为本实用新型实施例1中部分结构分解示意图。
附图标记包括：
1-气嘴、2-鼓膜底座、3-鼓膜体、4-鼓膜盖、5-紧固螺栓、6-电堆、7-上端板；201-定位底孔、202-边螺栓底孔、203-鼓膜腔、301-膜固定孔、401-盖定位孔、701-顶定位孔、702-边螺栓顶孔。
具体实施方式
本实用新型原理在于，采用鼓膜装堆，鼓膜充气时，根据帕斯卡定律，鼓膜受力处处相等，从压力计上可读出组装力，即电池受力分布可从压力计读出。
本实用新型包括：鼓膜底座2、鼓膜体3、鼓膜盖4、电堆6和上端板7。
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如附图1和2所示，鼓膜底座2底部至少有一个气嘴1，鼓膜底座2上侧与鼓膜盖4之间夹持固定鼓膜体3，鼓膜盖4上侧通过上端板7夹持固定电堆6，上端板7和鼓膜底座2边缘通过紧固螺栓5穿接。
前述中，鼓膜底座2底面中部向下突出安装有一个气嘴1。
前述中，鼓膜底座2上侧中部下凹构成鼓膜腔203。
前述中，鼓膜底座2前后侧分别有一排定位底孔201，鼓膜盖4上端面对角位置分别加工一个定位孔401，上端板7前后两侧分别有一排顶定位孔701，二根定位杆在对角位置贯穿顶定位孔701、定位孔401和定位底孔201。
前述中，鼓膜体3边缘加工有一组膜固定孔301，鼓膜腔203外侧或底面周缘加工有用于固定鼓膜体3边缘的另一组膜固定孔301，通过螺钉穿接二组膜固定孔301。
前述中，鼓膜底座2上加工有用于紧固电堆6的边螺栓底孔202，上端板7左右两侧分别有一列边螺栓顶孔702，边螺栓底孔202的位置与所装电堆6的上端板7的边螺栓顶孔702相对应；紧固螺栓5贯穿边螺栓顶孔702和边螺栓底孔202固定。
前述中，鼓膜盖4下端面为平面。
前述中，鼓膜盖4下端面中部向上凹入，鼓膜体3顶面嵌入其中。
本实用新型实施例中，二组膜固定孔301用于固定和密封鼓膜体3确保气密性；气嘴1位置按照所装电堆6安放位置而定；鼓膜体3边缘安装在鼓膜腔203边缘上。
本实用新型实施例中，鼓膜体3为橡胶材质，鼓膜体3耐压0-1MPa，要求有较好的耐温耐候性；鼓膜体3为为扁平形状，或平面形状，依据所装电堆6形状而定；鼓膜盖4用于所装电堆6定位；鼓膜体3充气后提升高度依据所装电堆6密封要求而定，鼓膜体3膨胀高度一般为0-30mm，优选25mm。
本实用新型实施例在安装过程中，依次进行：
A、将鼓膜体3用螺栓固定在鼓膜底座2上，检查气密性；
B、按照定位，将鼓膜盖4摞放在鼓膜底座2上，将鼓膜体3压在鼓膜腔203中，从盖定位孔401贯穿定位底孔201安装定位杆；
C、在鼓膜盖4上侧，经过定位杆限位，按照质子交换膜燃料电池组装顺序将电堆6部件依次安装完整；
D、在电堆6上侧安置上端板7后，顶定位孔701与盖定位孔401以及定位底孔201对应，定位杆顶端插入顶定位孔701，在电堆6左右两侧，边螺栓顶孔702与边螺栓底孔202对位，并以紧固螺栓5贯穿连接固定安装；
E、用手紧或力矩扳手紧固螺栓5，确保电堆6在预定的组装尺寸预紧；
F、打开进气阀，通氮气，直到达到预定的电堆6组装力，锁紧气阀。

Claims (9)

1.质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆,包括鼓膜底座(2)、鼓膜体(3)、鼓膜盖(4)、电堆(6)和上端板(7)；其特征在于，鼓膜底座(2)底部至少有一个气嘴(1)，鼓膜底座(2)上侧与鼓膜盖(4)之间夹持固定鼓膜体(3)，鼓膜盖(4)上侧通过上端板(7)夹持固定电堆(6)，上端板(7)和鼓膜底座(2)边缘通过紧固螺栓(5)穿接。
2.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜底座(2)底面中部向下突出安装有一个气嘴(1)。
3.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜底座(2)上侧中部下凹构成鼓膜腔(203)。
4.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜底座(2)前后侧分别有一排定位底孔(201)，鼓膜盖(4)上端面对角位置分别加工一个定位孔(401)，上端板(7)前后两侧分别有一排顶定位孔(701)，二根定位杆在对角位置贯穿顶定位孔(701)、定位孔(401)和定位底孔(201)。
5.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜体(3)边缘加工有一组膜固定孔(301)，鼓膜腔(203)外侧或底面周缘加工有用于固定鼓膜体(3)边缘的另一组膜固定孔(301)，通过螺钉穿接二组膜固定孔(301)。
6.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜底座(2)上加工有用于紧固电堆(6)的边螺栓底孔(202)，上端板(7)左右两侧分别有一列边螺栓顶孔(702)，边螺栓底孔(202)的位置与所装电堆(6)的上端板(7)的边螺栓顶孔(702)相对应；紧固螺栓(5)贯穿边螺栓顶孔(702)和边螺栓底孔(202)固定。
7.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜盖(4)下端面为平面。
8.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜盖(4)下端面中部向上凹入，鼓膜体(3)顶面嵌入其中。
9.如权利要求1所述的质子交换膜燃料电池鼓膜式组装电堆，其特征在于，鼓膜体(3)膨胀高度为0-30mm。
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