專利名稱：一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架。
背景技術(shù)：
電化學(xué)燃料電池是一種能夠?qū)浼把趸瘎┺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)發(fā)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 與陽極端遷移過來的正離子發(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，使它們不會相互混合 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，并與陽極區(qū)遷移 過來的氫正離子反應(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，陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)可以用以下方程式表達(dá)陽極反應(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)流極板可以上金屬材料的極板，也可以是石 墨材料的極板。這些導(dǎo)流極板上的導(dǎo)流孔道與導(dǎo)流槽分別將燃料和氧化劑導(dǎo)入 膜電極兩邊的陽極區(qū)與陰極區(qū)。在一個質(zhì)子交換膜燃料電池單電池的構(gòu)造中， 只存在一個膜電極，膜電極兩邊分別是陽極燃料的導(dǎo)流板與陰極氧化劑的導(dǎo)流 板。這些導(dǎo)流板既作為電流集流板，也作為膜電極兩邊的機(jī)械支撐，導(dǎo)流板上 的導(dǎo)流槽又作為燃料與氧化劑進(jìn)入陽極、陰極表面的通道，并作為帶走燃料電 池運行過程中生成的水的通道。為了增大整個質(zhì)子交換膜燃料電池的總功率，兩個或兩個以上的單電池通常 可通過直疊的方式串聯(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膜電極的陽極 導(dǎo)流面，而另一面又可作為另一個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。一個典型電池組通常包括(l)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、甲醇或甲醇、天然氣、汽油經(jīng)重整后得到的富氫氣體) 和氧化劑(主要是氧氣或空氣)均勻地分布到各個陽極、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，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端板上或兩 個端板上。質(zhì)子交換膜燃料電池既可以用作車、船等運載工具的動力系統(tǒng)，又可以用 作移動式或固定式的發(fā)電站。燃料電池在工作過程中，尤其是在室外的工作環(huán) 境下，會有大量的灰塵或水侵蝕電堆，這些灰塵或水一旦進(jìn)入電堆，則將導(dǎo)致電堆漏電、漏氫，甚至使電堆遭到致命性破壞而崩潰的危險。在現(xiàn)有的燃料電 池電堆封裝技術(shù)中，尚無很好的防止灰塵和水進(jìn)入電堆的辦法，也沒有必要的 漏氫安全保護(hù)裝置。上海神力科技有限公司申請了 "一種燃料電池電堆的封裝方法"(發(fā)明專利申請?zhí)?00510026006.7;實用新型申請?zhí)?00520041699.2)。該專利要 解決的技術(shù)問題是提供一種防塵、防水，并具有漏氫安全保護(hù)功能的燃料電池 電堆的封裝裝置，該裝置在裝置架上設(shè)排風(fēng)口、通風(fēng)口，該排風(fēng)口向外延伸一 排風(fēng)管，在該排風(fēng)管上設(shè)有排風(fēng)扇，通風(fēng)口向外延伸一通風(fēng)管，在該通風(fēng)管上 設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)。這種封裝裝置雖然能起到防塵、防水、漏氫安全保護(hù)等功能，但 是排風(fēng)扇、鼓風(fēng)機(jī)的運作需要額外消耗功率，通風(fēng)管上設(shè)有過濾設(shè)備，遇水極 易損壞。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié) 構(gòu)簡單，可有效防塵、防水，并具有漏氫安全保護(hù)功能的燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架。本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn) 一種燃料電池用防塵防 水通風(fēng)的封裝架，該封裝架為封閉式封裝架，燃料電池電堆的全部部件都封裝 在封閉式封裝架內(nèi)，所述的封裝架設(shè)有與電堆的各流體進(jìn)出管相對應(yīng)的空氣管 進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口， 所述的燃料電池包括依次連接的空氣供應(yīng)裝置，空氣增濕堆、燃料電池電堆， 所述的空氣供應(yīng)裝置包括空氣過濾器和鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)，其特征在于，所述的 封閉式封裝架的面板一面設(shè)有通風(fēng)口，該通風(fēng)口通過通風(fēng)管連接到燃料電池的 空氣供應(yīng)裝置的鼓風(fēng)機(jī)出口 ，所述的封閉式封裝架的面板的另一面設(shè)有一排風(fēng) 口，該排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測器。所述的排風(fēng)口設(shè)置在燃料電池堆封裝架上與通風(fēng)口對角面板的最低處。所述的通風(fēng)管內(nèi)徑為1 5mm。所述的通風(fēng)管一端連接封閉式封裝架上的通風(fēng)口，另一端連接到鼓風(fēng)機(jī)或 空壓機(jī)與空氣增濕堆之間的管道上，或直接連接到鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)出口處。所述的排風(fēng)口、通風(fēng)口、空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管 出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈。本實用新型在燃料電池電堆的空進(jìn)、空出、水進(jìn)、水出、氫進(jìn)、氫出管路 處墊上密封圈，并在封裝框架間墊上橡皮，封死框架的縫隙以及漏洞。但是考慮到封裝后，存在一個很大的潛在危險---旦氫氣泄漏，并漏到一定的濃度后，極有可能爆炸。故電堆密封的同時，在封裝框架上開兩個排風(fēng)口和一個通 風(fēng)口，將通風(fēng)口連接到燃料電池系統(tǒng)的空氣供應(yīng)系統(tǒng)，將從空氣供應(yīng)裝置出來 的干凈空氣分出一小支流，流入被密封的燃料電池電堆封裝箱中，并在封裝箱 一面設(shè)置排風(fēng)口，使封裝箱內(nèi)的氣體保持流動，即使燃料電池電堆有氫氣泄漏 也可以及時排出，并且在排風(fēng)口加裝氫氣探測器，能夠及時檢測氫氣濃度并作 出排氫處理，從而有效防止因氫氣管路破裂而溢出氫氣造成的爆炸。與現(xiàn)有技 術(shù)相比，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，綜合利用現(xiàn)有資源，從而提高了整個燃料電池 系統(tǒng)的效率，而且可以有效防塵、防水、防因氫氣管路破裂而溢出氫氣造成的 爆炸。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明。 實施例1如圖1所示， 一種50kw轎車用燃料電池電堆的通風(fēng)封裝裝置，包括封閉 式封裝架1，該封裝架1將燃料電池電堆的全部部件都封裝在內(nèi)，所述的封裝 架1設(shè)有與電堆的各流體進(jìn)出管相對應(yīng)的空氣管進(jìn)口 7、空氣管出口 8、氫氣 管進(jìn)口 9、氫氣管出口 10、冷卻水管進(jìn)口 11、冷卻水管出口 12，所述的燃料 電池的空氣系統(tǒng)包括空氣供應(yīng)裝置，空氣增濕堆4、燃料電池電堆，整個封裝 于燃料電池電堆外面的是密閉式封裝層，所述的空氣供應(yīng)裝置包括過濾器2和 鼓風(fēng)機(jī)3，空氣從過濾器2過濾后，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)3輸入，經(jīng)過空氣增濕器4增濕 后進(jìn)入燃料電池電堆，所述的封閉式封裝架1的面板一面設(shè)有通風(fēng)口 5，該通風(fēng)口 5通過通風(fēng)管6連接到燃料電池的空氣供應(yīng)裝置的鼓風(fēng)機(jī)3出口，封閉式 封裝架1的面板的另一面設(shè)有一排風(fēng)口 13，排風(fēng)口 13設(shè)置在燃料電池堆封裝 架上與通風(fēng)口 5對角面板的最低處，該排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測器14，可探測燃料 電池電堆封閉式封裝架內(nèi)的氫氣濃度?？諝夤?yīng)裝置提供的干凈空氣在進(jìn)入空 氣增濕堆4之前分出一支流，從通風(fēng)管6送入燃料電池堆的封閉式封裝架1內(nèi)， 并由排風(fēng)口 13排出，通風(fēng)管6直徑很小，其內(nèi)徑為lmm，通風(fēng)管內(nèi)的空氣流 量為1升/分鐘，連接鼓風(fēng)機(jī)3與空氣增濕堆4的管道內(nèi)徑為100mm，其空氣 流量為50升/分鐘，該大流量空氣經(jīng)過增濕減壓后，從封裝架l上的空氣管進(jìn) 口7進(jìn)入燃料電池電堆，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后從空氣管出口 8流出，氫氣探測器 在探測到0.1%濃度的氫氣時立即報警，同時將該氫氣濃度信號傳送在至燃料 電池上層控制器進(jìn)行自動控制，作出關(guān)閉燃料電池系統(tǒng)的處理。所述的排風(fēng)口、通風(fēng)口、空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管 出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈。實施例2參見圖l， 一種100kw城市客車用燃料電池電堆的通風(fēng)封裝裝置，包括封 閉式封裝架，該封裝架將燃料電池電堆的全部部件都封裝在內(nèi)，所述的封裝架 設(shè)有與電堆的各流體進(jìn)出管相對應(yīng)的空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、 氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口，所述的燃料電池的空氣系統(tǒng)包括 空氣供應(yīng)裝置，空氣增濕堆、燃料電池電堆，整個封裝于燃料電池電堆外面的 是密閉式封裝層，所述的空氣供應(yīng)裝置包括過濾器和鼓風(fēng)機(jī)，空氣從過濾器過 濾后，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)輸入，經(jīng)過空氣增濕器增濕后進(jìn)入燃料電池電堆，所述的封閉 式封裝架的面板一面設(shè)有通風(fēng)口，通風(fēng)管一端連接封閉式封裝架上的通風(fēng)口， 另一端連接到鼓風(fēng)機(jī)與空氣增濕堆之間的管道上，封閉式封裝架的面板的另一 面設(shè)有一排風(fēng)口，該排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測器，可探測燃料電池電堆封閉式封裝 架內(nèi)的氫氣濃度?？諝夤?yīng)裝置提供的干凈空氣在進(jìn)入空氣增濕堆之前分出一 支流，從通風(fēng)管送入燃料電池堆的封閉式封裝架內(nèi)，并由排風(fēng)口排出，通風(fēng)管 直徑很小，其內(nèi)徑為5mm，通風(fēng)管內(nèi)的空氣流量為10升/分鐘，連接鼓風(fēng)機(jī)與 空氣增濕堆的管道內(nèi)徑為400mm，其空氣流量為500升/分鐘，該大流量空氣 經(jīng)過增濕減壓后，從封裝架上的空氣管進(jìn)口進(jìn)入燃料電池電堆，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)后從空氣管出口流出，氫氣探測器在探測到4%濃度的氫氣時立即報警，同 時將該氫氣濃度信號傳送在至燃料電池上層控制器進(jìn)行自動控制，作出關(guān)閉燃 料電池系統(tǒng)的處理。
權(quán)利要求1.一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架，該封裝架為封閉式封裝架，燃料電池電堆的全部部件都封裝在封閉式封裝架內(nèi)，所述的封裝架設(shè)有與電堆的各流體進(jìn)出管相對應(yīng)的空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口，所述的燃料電池包括依次連接的空氣供應(yīng)裝置，空氣增濕堆、燃料電池電堆，所述的空氣供應(yīng)裝置包括空氣過濾器和鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)，其特征在于，所述的封閉式封裝架的面板一面設(shè)有通風(fēng)口，該通風(fēng)口通過通風(fēng)管連接到燃料電池的空氣供應(yīng)裝置的鼓風(fēng)機(jī)出口，所述的封閉式封裝架的面板的另一面設(shè)有一排風(fēng)口，該排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架，其特征 在于，所述的排風(fēng)口設(shè)置在燃料電池堆封裝架上與通風(fēng)口對角面板的最低處。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架，其特征 在于，所述的通風(fēng)管內(nèi)徑為1 5mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架，其 特征在于，所述的通風(fēng)管一端連接封閉式封裝架上的通風(fēng)口，另一端連接到鼓 風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)與空氣增濕堆之間的管道上，或直接連接到鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)出口 處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架，其特征 在于，所述的排風(fēng)口、通風(fēng)口、空氣管進(jìn)口、空氣管出口、氫氣管進(jìn)口、氫氣 管出口、冷卻水管進(jìn)口、冷卻水管出口與各自配套的管件之間設(shè)有密封圈。
專利摘要本實用新型涉及一種燃料電池用防塵防水通風(fēng)的封裝架，該封裝架為封閉式封裝架，所述的燃料電池包括依次連接的空氣供應(yīng)裝置，空氣增濕堆、燃料電池電堆，所述的空氣供應(yīng)裝置包括空氣過濾器和鼓風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)，所述的封閉式封裝架的面板一面設(shè)有通風(fēng)口，該通風(fēng)口通過通風(fēng)管連接到燃料電池的空氣供應(yīng)裝置的鼓風(fēng)機(jī)出口，所述的封閉式封裝架的面板的另一面設(shè)有一排風(fēng)口，該排風(fēng)口設(shè)有氫氣探測器，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可以有效防塵、防水，并且能夠及時檢測氫氣濃度并作出排氫處理，從而有效防止因燃料電池堆泄漏氫氣造成的爆炸。
文檔編號H01M8/02GK201117720SQ20072007638
公開日2008年9月17日 申請日期2007年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者波 章, 胡里清 申請人:上海神力科技有限公司