CN217405477U - 一种燃料电池用mea整体密封式密封圈 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其技术方案：包括MEA外沿围着扩散层的边框，边框中间气体扩散层所在区域的正反两面和气体扩散层外面MEA两端的相对位置各设置多个功能腔体；每一个功能腔体边缘均单独一体设置有一圈内密封圈；各个内密封圈相互独立，无共边。密封圈实现了密封圈压缩过程中的恒受压面积，使压力——位移曲线为线性。降低了设计难度，提高了压缩位移精度。密封圈截面的两侧面可为倾斜角度设置，使模具在生产过程中便于脱模。各个密封圈相互独立，相邻的密封圈之间有一定的间隙，使密封圈压缩变形时具有充分的避让空间，不使两相邻的密封圈在变形时相互挤压，影响受力。

Description

一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈。

背景技术

燃料电池堆是燃料电池系统的“心脏”，而燃料电池中核心部件又是MEA， MEA的性能直接影响燃料电池堆乃至整个燃料电池系统的性能，质子交换膜燃料电池的密封问题尤为重要，其密封性能的好坏，决定了燃料电池的性能的好坏，漏气严重时甚至有爆炸的危险，严重威胁人们生命财产安全，因此对其研究为燃料电池技术的重中之重。当前质子交换膜燃料电池的密封主要有两种方式，分别为分体式和整体式的密封圈。

对于分体式的密封形式，MEA为硬封边结构，密封圈与MEA相互分离，密封圈安装在MEA的阴、阳极两侧，阴阳极密封圈的形式与尺寸一致，从而提高了密封圈的通用性，降低安装要求，但存在阴阳极两侧密封圈由于安装精度问题，密封圈存在微错位，在压堆时造成密封圈滑移、受力不均匀、封边受挤压扭曲等缺陷。如专利号201922115051.X，公开了一种燃料电池双极板密封结构及密封圈结构，采用的是分体式结构。

另一种PEMFC采用整体式MEA，将CCM、气体扩散层、边框和密封做成一体，为整体结构，一次注塑成型，精度得到保证，又不存在密封圈单独装配，解决了密封圈的安装精度问题，MEA边框受力均匀，但未考滤阴阳极板密封沟槽深度的差异，而对密封圈的高度作出相应的匹配调整，使MEA边框在压堆力的作用下向一侧偏移，从而产生拉扯力，另外其圆形截面密封圈结构受力时其压力——位移曲线为非线性曲线，压力——位移分析复杂，全靠实测，难以实现数值计算。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提供一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，降低了设计难度，提高了压缩位移精度，为使密封更可靠，密封圈压缩变形时具有充分的避让空间，不使两相邻的密封圈在变形时相互挤压，影响受力。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现：一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，

包括边框，边框中间气体扩散层所在区域的正反两面和气体扩散层外面MEA 两端均设置有至少一个功能腔体；

密封圈；每一个功能腔体的边缘均单独一体设置有一圈内密封圈；各个内密封圈相互独立，无共边。

优选的：所述边框中间气体扩散层所在区域正反两面各设置有一个功能腔体，边框两端相对位置各设置有三个功能腔体。

优选的：边框正反面的边缘各设置有一圈外密封圈，外密封圈和各个内密封圈相互独立，无共边。每个内密封圈包围某一单独功能腔体，使之与其它功能腔体隔离的密封圈；外密封圈圈包围所有的内密封圈，使之与外界大气隔离的密封圈。

优选的：位于边框正反面的外密封圈和各个内密封圈的截面中，以与边框重合的面为底面时，其底面宽度相同，但正反两面的密封圈高度可相同或不相同。边框正反两面的密封圈的单边高度根据实际情况而设计，主要为了符合其与之相对应的双极板密封圈的沟槽的深度的要求。

优选的：外密封圈和各个内密封圈的截面，以边框所在的面为底面时，两侧面可为中间对称的倾斜角度设置。

优选的：所述倾斜角度为密封圈截面的侧面与底面的夹角为70°-90°。

优选的：内密封圈与外密封圈截面的外表面为平面或中间凸起的圆弧面，外表面为微凸起的圆弧面使密封圈密封更可靠。

优选的：内密封圈与外密封圈横截面为近似矩形的梯形或矩形。

优选的：内密封圈与外密封圈以及每两个相邻的内密封圈之间有一定的间隙，间隙宽度为密封圈截面宽度的0.3-5倍。

优选的：所述内密封圈包括阴/阳极反应区内密封圈、氢气进/出口内密封圈、空气进/出口内密封圈和冷却液进/出口内密封圈，阴/阳极反应区内密封圈对应边框中间正反两面的两功能腔体，其余内密封圈分别对应MEA两端的三个功能腔体。

优选的：密封圈硬度为邵氏A：40-50。

本实用新型具有有益效果为：

内密封圈与外密封圈横截面近似矩形或矩形，实现了内外密封圈压缩过程中的恒受压面积，使压力——位移曲线为线性，降低了设计难度，提高了压缩位移精度。

外密封圈和各个内密封圈截面的两侧面可为倾斜角度设置，使模具在生产过程中便于脱模。

各个内密封圈及外密封圈相互独立，相邻的密封圈之间有一定的间隙，使密封圈压缩变形时具有充分的避让空间，不使两相邻的密封圈在变形时相互挤压，影响受力。

附图说明

图1为MEA整体密封式密封圈的平面示意图；

图2为图1中A-A剖面示意图；

图3为MEA整体密封式密封圈的结构示意图。

附图标记：1、氢气进、出口内密封圈；2、空气进、出口内密封圈；3、冷却液进、出口内密封圈；4、环反应区内密封圈；5、外密封圈；6、边框；7、气体扩散层。

具体实施方式

结合附图1-3所示，对本实用新型较佳实施例做进一步详细说明。

实施例一、

一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，包括边框和密封圈，边框和密封圈一体注塑成型而成，边框中间气体扩散层所在区域的正反两面和气体扩散层外面MEA两端均设置有至少一个功能腔体，每一个功能腔体边缘均单独一体设置有一圈内密封圈；各个内密封圈相互独立，无共边。

内外密封圈截面设计为近似矩形或矩形，实现了内外密封圈压缩过程中的受压面积不变，使压力——位移曲线为线性，降低了设计难度，提高了压缩位移精度。

所述内密封圈包括阴/阳极反应区内密封圈、氢气进/出口内密封圈、空气进/出口内密封圈和冷却液进/出口内密封圈，阴/阳极反应区内密封圈对应边框中间正反两面的两功能腔体，其余内密封圈分别对应MEA两端的三个功能腔体，其余内密封圈分别对应三个功能腔体，内外密封圈硬度为邵氏A：40-50。

内密封圈与外密封圈的外表面为平面，内密封圈与外密封圈横截面近似为矩形，且四角为弧形，两个相邻的密封圈之间有一定的间隙，从而在两独立功能腔体间形成两道密封，在两道相等宽度(参考附图2中尺寸A)的密封圈之间需保持一定的间隙(参考附图2中尺寸L)，间隙宽度以两密封圈在MEA受力变形时不相互产生挤压，防止因密封圈受挤压时的变形相互干涉导致影响密封圈受力时的变形量为最小值，间隙宽度为密封圈自身宽度的0.3-5倍，本实施例优选2倍。从而保证了密封圈受力时的均匀度。

实施例二、

内密封圈与外密封圈的外表面为平面，

内密封圈与外密封圈以及每两个相邻的内密封圈之间有一定的间隙，间隙宽度为密封圈截面宽度的1倍，根据边框和密封圈实际面积进行分布，确保密封圈在MEA受力变形时不相互产生挤压。

实施例三、

在每一个功能腔体正反面边缘均单独一体设置有一圈内密封圈，而且在边框正反面的边缘设置有一圈外密封圈，外密封圈和各个内密封圈相互独立，无共边。各个内密封圈及外密封圈相互独立，相邻的密封圈之间有一定的间隙，使密封圈压缩变形时具有充分的避让空间，不使两相邻的密封圈在变形时相互挤压，影响受力。

实施例四、

外密封圈和各个内密封圈的两侧面为倾斜角度设置(参考附图2中角度α)，所述密封圈截面中侧面相对于底面的倾斜角度，α为70°-90°，本实施例倾斜斜度α为85°。形成的拔模斜度有利于注塑加工时的取料，且由于斜度小，类似于矩形，密封圈在装堆受压变形时，对受压面积的变化可忽略，装堆时压力- 压缩变形曲线近似为直线，利于计算，简化密封圈的设计。

实施例五、

外密封圈和各个内密封圈的截面两侧面为倾斜角度设置，所述倾斜斜度α为78°。

实施例六、

内密封圈与外密封圈截面的外表面为凸起的圆弧面，所述圆弧面的曲率半径大于或等于圆弧所在边两端直线距离的一半，本实施例优选圆弧面的曲率半径大于圆弧所在边两端直线距离。若为圆弧面则可使压堆时利于内外密封圈与双极板贴合面处的气体排出，并且使内外密封圈受力时具有中间大两边小的梯度变化，提高密封性能，受力点均在中线上，提高两边的受力均匀度，此圆弧面的曲率半径较大时，可忽略圆弧高度，使受压面积保持恒定。

实施例七

所述边框截面为类似矩形结构，位于边框正反两面的外密封圈和各个内密封圈的宽度相同，但其高度可相同或不相同，内外密封圈在边框上的投影相重合,使MEA在安装时使各点受力均匀，不变形。边框正反两面的内外密封圈的单边高度根据实际情况而设计，内外密封圈的高度(参考附图2中高度h1和h2) 可以随双极板阴阳两侧双极板密封槽的深度不同而不同，从而提高了MEA和双极板在装堆时的受力位移的均匀性能，消除或减小装堆时受压而产生的位移变化导致MEA边框与CCM及碳纸之间产生拉扯力，提高MEA的使用寿命。

上述实施例仅用于解释说明本实用新型的实用新型构思，而非对本实用新型权利保护的限定，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，

其特征在于：

包括：

MEA外侧围着气体扩散层的边框，以及在边框中间气体扩散层所在区域的正反两面和气体扩散层外面MEA两端设置有多个功能腔体；

密封圈,每一个功能腔体边缘均单独一体设置有一圈内密封圈；各个内密封圈相互独立，无共边。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：

所述边框中间气体扩散层所在区域的正反两面各设置有一个功能腔体，气体扩散层外面MEA两端相对位置各设置有三个功能腔体。

3.根据权利要求1所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：边框正反面的边缘各设置有一圈外密封圈，外密封圈和各个内密封圈相互独立，无共边。

4.根据权利要求3所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：位于边框正反面的外密封圈和各个内密封圈的截面中，以与边框重合的面为底面时，其底面宽度相同，但正反两面的密封圈高度可相同或不相同。

5.根据权利要求3所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：外密封圈和各个内密封圈的截面，以边框所在的面为底面时，两侧面可为中间对称的倾斜角度设置。

6.根据权利要求5所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：所述截面侧面的倾斜角度，侧面与底面的夹角为70-90°。

7.根据权利要求3所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：内密封圈与外密封圈截面的外表面为平面或中间凸起的圆弧面。

8.根据权利要求7所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：内密封圈与外密封圈以及每两个相邻的内密封圈之间有一定的间隙，间隙宽度为密封圈截面宽度的0.3-5倍。

9.根据权利要求2所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：所述内密封圈包括阴/阳极反应区内密封圈、氢气进/出口内密封圈、空气进/出口内密封圈和冷却液进/出口内密封圈，阴/阳极反应区内密封圈对应边框中间正反两面的功能腔体，其余内密封圈分别对应三个功能腔体。

10.根据权利要求1所述的一种燃料电池用MEA整体密封式密封圈，其特征在于：密封圈硬度为邵氏A：40-50。

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