CN216084951U - 一种燃料电池的密封结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种燃料电池，具体涉及一种燃料电池的密封结构，包括双极板、膜电极组件以及设置在两者之间的密封圈，在双极板的密封槽内和/或膜电极组件的边框上设置多个槽孔，在槽孔内注胶，使其与所述的双极板的密封槽内和/或膜电极组件的边框上、下或两侧的二个密封圈一体化连接。与现有技术相比，本实用新型利用注胶机在开设的槽孔中注满胶黏剂，粘结密封圈或将弹性密封材料单独或与密封圈在密封槽内和/或膜电极组件上及槽孔内一体化成型，可以实现密封圈的有效固定，保证密封圈不会由于外部应力发生位移，实现双极板与膜电极组件之间良好的气密性，保证阴极与阳极的反应气体不泄露、不串气，提高燃料电池的使用安全可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池，具体涉及一种燃料电池的密封结构。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此其效率高；另外，燃料电池用燃料和氧气作为原料，同时没有机械传动部件，故排放出的有害气体极少，使用寿命长。由此可见，从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。
燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同。其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极和正极即氧化剂电极)以及电解质组成。不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量。而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能量转换机器。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。燃料和氧化剂分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料在阳极上放出电子，电子经外电路传导到阴极并与剂结合生成离子。离子在电场作用下，通过电解质迁移到阳极上，与燃料反应，构成回路，产生电流。原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，其反应过程为电解水的逆过程，反应原理如下：
负极：H2→2H++2e。
正极：1/2O2+2e→O2-。
电池反应：H2+1/2O2＝H2O。
双极板是燃料电池电堆的主要部件，通常由阳极板和阴极板粘接密封成型；其中，阳极板和阴极板的外表面分别和膜电极进行密封堆叠接触组成氧化剂、还原剂和各反应生成物的流动通道，同时阳极板和阴极板之间设有用于通入冷却介质的冷却通道。氢气、氧气和冷却流体这三类物质在燃料电池内部分别处于不同的空间，需要做到彼此隔绝、互不影响。因此，为达到隔离的目的，密封元件的存在就必不可少，该密封元件的有效性是达成燃料电池有效性的前提条件。
现有的密封结构一般是在燃料电池堆中的双极板上下两端分别粘合或贴合一个密封圈，来实现其与膜电极之间的密封。但该密封圈容易在燃料电池堆紧固时外应力的作用下发生位移，导致双极板与膜电极之间的密封性变差，从而产生漏气、串气等不利影响，严重时燃料电池堆内部发生氢气与空气混合后可能引起爆炸。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题至少一个而提供一种燃料电池的密封结构，实现了密封圈的有效固定，在燃料电池堆紧固时不发生位移，保证上、下气体不泄露，不串气。
本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
一种燃料电池的密封结构，所述的燃料电池包括双极板、膜电极组件以及设置在两者之间的密封圈，在双极板和/或膜电极组件的边框上设置多个槽孔，利用注胶机在槽孔内注胶，使其与所述的双极板和/或膜电极组件的边框上、下或两侧的二个密封圈一体化连接。
可以利用注胶机直接在带有槽孔的双极板密封槽内和/或膜电极组件上直接注胶，该胶可以选用室温固化、双组份加热固化的硅橡胶、合成橡胶等可以通过数控注胶机直接注胶成型上、下二个密封圈，二个密封圈上、下对称，并通过槽孔一体化连接。
进一步地，所述的槽孔的数量为2～20个，均匀分散设置在双极板的密封槽内和/或密封槽旁，或者分散设置在膜电极组件(3)的边框上，槽孔的长度为1-2cm，宽1-3mm。
进一步地，所述的槽孔的数量为4个，分别位于双极板的密封槽的四个角；或者，所述的槽孔的数量为8或12或16个，以对等数量分别位于双极板的密封槽上下两端的边缘。
进一步地，所述的槽孔的数量为4个，分别位于膜电极组件的边框的四个角；或者，所述的槽孔的数量为8或12或16个，以对等数量分别位于膜电极组件的边框上下两端的边缘。
进一步地，所述的槽孔为通孔或盲孔。
进一步地，所述的槽孔内注入的胶黏剂材质与密封圈相同，胶黏剂为室温自然固化或热固性胶黏剂或紫外固化胶。
进一步地，所述的槽孔开设于双极板上，夹住膜电极组件的两块双极板在槽孔处通过焊接或粘接固定连接。
进一步地，所述的槽孔开设于膜电极组件的边框上，夹住膜电极组件的两块双极板压紧密封圈。
进一步地，所述的双极板为金属双极板或石墨双极板。
进一步地，所述的膜电极组件的边框为高分子材料边框，包括塑料边框或橡胶注塑边框。
本实用新型的工作原理为：
在双极板和/或膜电极组件的边框上开设对称的槽孔，向内注满胶黏剂牢牢粘住密封圈，或将胶黏剂与密封圈在槽孔内一体成型，与双极板的密封槽和/或膜电极组件的边框，使密封圈牢牢固定，不发生移位。
槽孔的位置，以及形状都可以根据双极板，膜电极的形状来设计，可以放在密封槽内，也可以在非密封槽对应的位置处；优选在双极板或膜电极的四个角上各设一个狭窄的槽孔，通过点胶机注胶，使其与密封圈固化为一体，操作方便、效果好。
当槽孔处于密封槽内时，优选采用通孔，使注胶贯通双极板与其两侧的二个密封圈一体化连接。
当槽孔处于非密封槽位置时，优选采用盲孔，槽孔一端连接密封槽，注胶从槽孔内延伸至密封槽内的密封圈，使密封圈与双极板一体化连接。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、通过在开设的槽孔中注满胶黏剂，粘结密封圈或将胶黏剂与密封圈在槽孔内一体成型，可以实现密封圈的有效固定，保证密封圈不会由于外部应力发生位移，实现双极板与膜电极组件之间良好的气密性，保证阴极与阳极的反应气体不泄露、不串气，提高燃料电池的使用安全性。
2、在双极板密封槽内或膜电极组件的边框上开设槽孔可以适用于任何双极板或膜电极组件，不受限制，且结构简单，操作方便，具有良好的通用性。
附图说明
图1为实施例1中的密封结构的结构示意图；
图2为实施例1中的双极板上槽孔结构示意图；
图3为实施例2中的密封结构的结构示意图；
图4为实施例3中的密封结构的结构示意图；
图中：1-密封圈；2-双极板；3-膜电极组件；4-槽孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
实施例1
一种燃料电池的密封结构，如图1、图2所示，燃料电池包括双极板2、膜电极组件3以及设置在两者之间的密封圈1，在双极板2的密封槽内设置多个槽孔4，在槽孔4内注胶，使其与所述密封圈1一体化连接。
更具体地，本实施例中：
设置的槽孔4可以为通孔或盲孔，在本实施例中，优选为通孔。槽孔4的数量及开设的位置可以根据实际需求确定，可以为4个，也可以为8或12或16个，以对等数量分别位于密封槽上下两端的边缘，在本实施例中，优选设置4个通孔，槽孔的长度为1-2cm，宽1-3mm，本实施例中优选槽孔4的长度为1.5cm，宽2mm，分别位于双极板2的密封槽的四个角的位置。
本实施例中，双极板2可以采用金属双极板或石墨双极板，当采用金属双极板时，槽孔4外围周边处的两块双极板2之间通过焊接的方式焊死，防止漏气，优选地，可以采用激光焊接的方式进行焊死；当采用石墨双极板时，槽孔4外围周边处的两块双极板2之间通过粘接的方式粘死，防止漏气，优选地，可以采用环氧胶进行粘接，将接缝处封死。膜电极组件3的边框为硬质边框，包括塑料边框或橡胶注塑边框
本实施例中，可以在槽孔4内注满胶黏剂，并将双极板两侧的密封槽内的二个对称密封圈1牢牢粘结于密封槽内，也可以将密封圈1与胶黏剂在槽孔4和密封槽内一体成型，胶黏剂可以选用室温固化、双组份加热固化的硅橡胶、热固性胶黏剂或紫外固化剂。
双极板两侧的密封槽内的二个对称密封圈1牢牢粘结于槽孔4及密封槽内，与双极板2两侧的密封槽一体化，因此其不会在外应力的作用下发生位移，有效保证了双极板2与膜电极组件3之间的密封，防止阴极与阳极的气体泄露或串气。
实施例2
一种燃料电池的密封结构，如图3所示，燃料电池包括双极板2、膜电极组件3，在膜电极组件3的边框上设置多个槽孔4，利用注胶机直接在膜电极组件3的边框上的多个槽孔4内直接注胶，该胶可以选用室温固化、双组份加热固化的硅橡胶、合成橡胶等可以通过数控注胶机直接注胶成型上、下二个密封圈，二个密封圈上、下对称，并通过槽孔4一体化连接。
更具体地，本实施例中：
膜电极组件3的边框为硬质边框，包括塑料边框或橡胶注塑边框。在膜电极组件3的边框上开设槽孔4时通过针孔冲模的方式进行。
本实施例中，设置的槽孔4可以为通孔或盲孔，在本实施例中，优选为通孔。槽孔4的数量及开设的位置可以根据实际需求确定，可以为4个，也可以为8或12或16或20个，以对等数量分别位于膜电极组件3的边框上下两端的边缘，在本实施例中，优选设置4个通孔，槽孔直径为1mm，分别位于膜电极组件3的边框上的四个角的位置。
本实施例中，可以在槽孔4内注满胶黏剂，并将膜电极组件边框两侧的二个对称密封圈1牢牢粘结于膜电极组件3的边框上，也可以将膜电极组件边框两侧的二个对称密封圈1与槽孔4内的胶黏剂一体成型，胶黏剂可以选用室温固化或双组份加热固化的硅橡胶胶黏剂，或热固性胶黏剂或紫外固化剂。在设置完密封圈1后，与双极板2进行装配，在本实施例中，双极板2可以采用金属双极板或石墨双极板。
密封圈1牢牢粘结于槽孔4内，与膜电极组件3的边框一体化，因此其不会在外应力的作用下发生位移，有效保证了双极板2与膜电极组件3之间的密封，防止阴极与阳极的反应气体泄露或串气。
实施例3
槽孔4处于双极板2的非密封槽位置，即位于密封槽旁，采用盲孔，槽孔4一端连接密封槽，注胶从槽孔内延伸至密封槽内的密封圈，使密封圈与双极板一体化连接。如图4所示，其余同实施例1。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池的密封结构，所述的燃料电池包括双极板(2)、膜电极组件(3)以及设置在两者之间的密封圈(1)，其特征在于，在双极板(2)和/或膜电极组件(3)的边框上设置多个槽孔(4)，在槽孔(4)内注胶，使其与所述的双极板和/或膜电极组件的边框上、下或两侧的二个密封圈(1)一体化连接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)的数量为2～20个，均匀分散设置在双极板(2)的密封槽内和/或密封槽旁，或者分散设置在膜电极组件(3)的边框上，槽孔的长度为1-2cm，宽1-3mm。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)的数量为4个，分别位于双极板(2)的密封槽的四个角；
或者，所述的槽孔(4)的数量为8或12或16个，以对等数量分别位于双极板(2)的密封槽上下两端的边缘。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)的数量为4个，分别位于膜电极组件(3)的边框的四个角；
或者，所述的槽孔(4)的数量为8或12或16个，以对等数量分别位于膜电极组件(3)的边框上下两端的边缘。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)为通孔或盲孔。
6.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)内注入的胶黏剂材质与密封圈(1)相同，胶黏剂为热固性胶黏剂或紫外固化胶；
或者，在带有槽孔的双极板密封槽内和/或膜电极组件上直接注胶成型上、下二个密封圈，二个密封圈上、下对称，并通过槽孔一体化连接。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)开设于双极板(2)上，夹住膜电极组件(3)的两块双极板(2)在槽孔(4)外围周边处通过焊接或粘接固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的槽孔(4)开设于膜电极组件(3)的边框上，夹住膜电极组件(3)的两块双极板(2)压紧密封圈(1)。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的双极板(2)为金属双极板或石墨双极板。
10.根据权利要求1所述的一种燃料电池的密封结构，其特征在于，所述的膜电极组件(3)的边框为高分子材料边框，包括塑料边框或橡胶注塑边框。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20230423 Address after: 201613 room 335, building 1, No. 299, Zhongchen Road, Songjiang District, Shanghai Patentee after: Shanghai Husheng New Energy Technology Co.,Ltd. Address before: 201314 floor 3, building 1, No. 19, Xinhan Road, Xinchang Town, Pudong New Area, Shanghai Patentee before: Shanghai narzhongneng hydrogen power Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230628 Address after: Room 504, Building B, Science and Technology Innovation Park, No. 398 Mahuan Road, Lihai Street, Yuecheng District, Shaoxing City, Zhejiang Province, 312000 (commitment to apply) Patentee after: Zhejiang Yuanshen Hydrogen Power Technology Co.,Ltd. Address before: 201613 room 335, building 1, No. 299, Zhongchen Road, Songjiang District, Shanghai Patentee before: Shanghai Husheng New Energy Technology Co.,Ltd. |
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