專利名稱：一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料電池，尤其涉及一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)淙剂霞把趸瘎┺D(zhuǎn)化成電能及反應(yīng)產(chǎn)物的
裝置。該裝置的內(nèi)部核心部件是膜電極(Membrane Electrode Assembly,簡(jiǎn)稱 MEA)，膜電極(MEA)由一張質(zhì)子交換膜、膜兩面夾兩張多孔性的可導(dǎo)電的 材料，如碳紙組成。在膜與碳紙的兩邊界面上含有均勻細(xì)小分散的引發(fā)電化學(xué) 反應(yīng)的催化劑，如金屬鉑催化劑。膜電極兩邊可用導(dǎo)電物體將發(fā)生電化學(xué)反應(yīng) 過程中生成的電子，通過外電路引出，構(gòu)成電流回路。
在膜電極的陽(yáng)極端，燃料可以通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并 在催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，失去電子，形成正離子，正離子可通過遷移 穿過質(zhì)子交換膜，到達(dá)膜電極的另一端陰極端。在膜電極的陰極端，含有氧化 劑(如氧氣)的氣體，如空氣，通過滲透穿過多孔性擴(kuò)散材料(碳紙)，并在 催化劑表面上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)得到電子，形成負(fù)離子。在陰極端形成的陰離子 與陽(yáng)極端遷移過來(lái)的正離子發(fā)生反應(yīng)，形成反應(yīng)產(chǎn)物。
在采用氫氣為燃料，含有氧氣的空氣為氧化劑(或純氧為氧化劑)的質(zhì)子 交換膜燃料電池中，燃料氫氣在陽(yáng)極區(qū)的催化電化學(xué)反應(yīng)就產(chǎn)生了氫正離子
(或叫質(zhì)子)。質(zhì)子交換膜幫助氫正離子從陽(yáng)極區(qū)遷移到陰極區(qū)。除此之外， 質(zhì)子交換膜將含氫氣燃料的氣流與含氧的氣流分隔開來(lái)，使它們不會(huì)相互混合 而產(chǎn)生爆發(fā)式反應(yīng)。
在陰極區(qū)，氧氣在催化劑表面上得到電子，形成負(fù)離子，并與陽(yáng)極區(qū)遷移 過來(lái)的氫正離子反應(yīng)，生成反應(yīng)產(chǎn)物水。在采用氫氣、空氣(氧氣)的質(zhì)子交 換膜燃料電池中，陽(yáng)極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)-
陽(yáng)極反應(yīng)H2 — 2H+ + 2e
陰極反應(yīng)l/202+2H++2e—H20
在典型的質(zhì)子交換膜燃料電池中，膜電極(MEA) —般均放在兩塊導(dǎo)電的 極板中間，每塊導(dǎo)流電極板與膜電極接觸的表面通過壓鑄、沖壓或機(jī)械銑刻， 形成至少一條以上的導(dǎo)流槽。這些導(dǎo)流電極板可以是金屬材料的極板，也可以 是石墨材料的極板。這些導(dǎo)流電極板上的導(dǎo)流孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化 劑導(dǎo)入膜電極兩邊的陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)。在一個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu) 造中，只存在一個(gè)膜電極，膜電極兩邊分別是陽(yáng)極燃料的導(dǎo)流極板與陰極氧化 劑的導(dǎo)流極板。這些導(dǎo)流極板既作為電流集流母板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械 支撐，導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽(yáng)極、陰極表面的通道， 并作為帶走燃料電池運(yùn)行過程中生成的水的通道。
為了增大整個(gè)質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個(gè)或兩個(gè)以上的單電池通 ?？赏ㄟ^直疊的方式串聯(lián)成電池組或通過平鋪的方式聯(lián)成電池組。在直疊、串 聯(lián)式的電池組中， 一塊極板的兩面都可以有導(dǎo)流槽，其中一面可以作為一個(gè)膜 電極的陽(yáng)極導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個(gè)相鄰膜電極的陰極導(dǎo)流面，這種 極板叫做雙極板。 一連串的單電池通過一定方式連在一起而組成一個(gè)電池組。 電池組通常通過前端板、后端板及拉桿緊固在一起成為一體。
一個(gè)典型電池組通常包括(1)燃料及氧化劑氣體的導(dǎo)流進(jìn)口和導(dǎo)流通
道，將燃料(如氫氣、甲醇或由甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氧氣體)
和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個(gè)陽(yáng)極、陰極面的導(dǎo)流槽中；
(2)冷卻流體(如水)的進(jìn)出口與導(dǎo)流通道，將冷卻流體均勻分布到各個(gè)電 池組內(nèi)冷卻通道中，將燃料電池內(nèi)氫、氧電化學(xué)放熱反應(yīng)生成的熱吸收并帶出 電池組后進(jìn)行散熱；(3)燃料與氧化劑氣體的出口與相應(yīng)的導(dǎo)流通道，燃料 氣體與氧化劑氣體在排出時(shí)，可攜帶出燃料電池中生成的液、汽態(tài)的水。通常， 將所有燃料、氧化劑、冷卻流體的進(jìn)出口都開在燃料電池組的一個(gè)端板上或兩 個(gè)端板上。
質(zhì)子交換膜燃料電池可用作一切車、船等運(yùn)載工具的動(dòng)力系統(tǒng)，又可作手 提式、移動(dòng)式、固定式的發(fā)電裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)必須包括燃 料電池堆、燃料氫氣供應(yīng)、空氣供應(yīng)、冷卻散熱、自動(dòng)控制及電能輸出等各個(gè) 部分。質(zhì)子交換膜燃料電池運(yùn)行的穩(wěn)定與可靠性對(duì)作為車、船動(dòng)力系統(tǒng)或可移 式發(fā)電裝置的應(yīng)用是非常重要的。其中提高燃料電池堆的運(yùn)行穩(wěn)定與可靠性是
關(guān)鍵。
目前，質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中氫氣供應(yīng)、空氣供應(yīng)、冷卻散熱各 個(gè)部分管路都是三進(jìn)三出的圓形管路，占據(jù)很大空間，當(dāng)這些管路與燃料電池 堆一起特別是進(jìn)行防水、防塵封裝時(shí)，由于電池堆是方形的，必然會(huì)有的空間 沒有充分利用起來(lái)，造成浪費(fèi)，而且封裝難度較大。
上海神力科技有限公司專利(發(fā)明專利號(hào)200410015888.2，實(shí)用新型號(hào) 200420019588.7)"—種集成式燃料電池堆的封裝"或其他集成燃料電池堆的 三進(jìn)三出管路(如圖1所示)占據(jù)過多空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題而提供的一種節(jié)約空間、有利于封裝 的集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)，該 設(shè)計(jì)包括氫氣進(jìn)出管路、空氣進(jìn)出管路、冷卻流體進(jìn)出管路的三進(jìn)三出管路， 其特征在于，所述的三進(jìn)三出管路為方形管，該方形管從燃料電池堆中間集流 板引出電堆前后兩端，緊貼燃料電池堆沿不同或相同方向引出，再用圓形管通 過圓變方接口與該方形管對(duì)接，再分別連接到氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)連 接、冷卻流體供應(yīng)系統(tǒng)。
所述的方形管高度與燃料電池堆高度相當(dāng)，并與燃料電池堆一起封裝，其 出口根據(jù)需要引出該封裝，并采用天圓地方或天方地圓的變形接頭與圓形管連 接。
所述的方形管與相應(yīng)圓形管橫截面積相同。 所述的燃料電池堆是集成式電池堆包括單電池堆。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明將從電池堆引出的管路設(shè)計(jì)為方形管，與電池堆 一起封裝，節(jié)約了空間、有利于進(jìn)行防水防塵封裝，而且方形管與相應(yīng)的圓形 管橫截面積相同，阻力不變，保證了流體流動(dòng)的暢通。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)燃料電池的三進(jìn)三出管路示意圖2是本發(fā)明燃料電池的三進(jìn)三出管路示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例-
目前60kw集成式燃料電池的三進(jìn)三出管路(如圖l所示)，氫氣進(jìn)出管 路3、空氣進(jìn)出管路2、冷卻流體進(jìn)出管路4從燃料電池堆1中間集流板引出 電堆前后兩端，本發(fā)明涉及一種60kw集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)(如 圖2所示)，該設(shè)計(jì)包括氫氣進(jìn)出管路3、空氣進(jìn)出管路2、冷卻流體進(jìn)出管 路4等三進(jìn)三出管路，其特征在于，所述的三進(jìn)三出管路為方形管，該方形管 從燃料電池堆中間集流板引出電堆前后兩端，緊貼燃料電池堆1沿不同方向引 出，再用圓形管將該方形管分別與氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)連接、冷卻流 體供應(yīng)系統(tǒng)連接。
所述的方形管與燃料電池堆一起封裝，其出口根據(jù)需要引出該封裝，并采 用天圓地方或天方地圓的變形接頭5與圓形管連接。
所述的空氣進(jìn)出方形管與相應(yīng)對(duì)接圓形管橫截面積相同，大約為30cm2。 所述的燃料電池堆是集成式電池堆包括單電池堆。
本發(fā)明將從電池堆引出的管路設(shè)計(jì)為方形管，與電池堆一起封裝，節(jié)約了 空間、有利于進(jìn)行防水防塵封裝，而且方形管與相應(yīng)的圓形管橫截面積相同， 阻力不變，保證了流體流動(dòng)的暢通。
權(quán)利要求
1.一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)包括氫氣進(jìn)出管路、空氣進(jìn)出管路、冷卻流體進(jìn)出管路的三進(jìn)三出管路，其特征在于，所述的三進(jìn)三出管路為方形管，該方形管從燃料電池堆中間集流板引出電堆前后兩端，緊貼燃料電池堆沿不同或相同方向引出，再用圓形管通過圓變方接口與該方形管對(duì)接，再分別連接到氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)連接、冷卻流體供應(yīng)系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)， 其特征在于，所述的方形管高度與燃料電池堆高度相當(dāng)，并與燃料電池堆一起 封裝，其出口根據(jù)需要引出該封裝，并采用天圓地方或天方地圓的變形接頭與 圓形管連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)，其特 征在于，所述的方形管與相應(yīng)圓形管橫截面積相同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)，其特 征在于，所述的燃料電池堆是集成式電池堆包括單電池堆。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種集成式燃料電池堆進(jìn)出管道的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)包括氫氣進(jìn)出管路、空氣進(jìn)出管路、冷卻流體進(jìn)出管路的三進(jìn)三出管路，所述的三進(jìn)三出管路為方形管，該方形管從燃料電池堆中間集流板引出電堆前后兩端，緊貼燃料電池堆沿不同或相同方向引出，再用圓形管通過圓變方接口與該方形管對(duì)接，再分別連接到氫氣供應(yīng)系統(tǒng)、空氣供應(yīng)系統(tǒng)連接、冷卻流體供應(yīng)系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有節(jié)約空間、便于封裝、防水、防塵等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M8/24GK101098016SQ200610028210
公開日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者麗 李, 波 章, 胡里清, 龔松濤 申請(qǐng)人:上海神力科技有限公司