专利名称：一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池的配套设备，尤其涉及一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置。
背景技术：
电化学燃料电池是一种能够将氢及氧化剂转化成电能及反应产物的装置。该装置的内部核心部件是膜电极(Membrane Electrode Assembly，简称MEA)，膜电极(MEA)由一张质子交换膜、膜两面夹两张多孔性的可导电的材料，如碳纸组成。在膜与碳纸的两边界面上含有均匀细小分散的引发电化学反应的催化剂，如金属铂催化剂。膜电极两边可用导电物体将发生电化学发应过程中生成的电子，通过外电路引出，构成电流回路。
在膜电极的阳极端，燃料可以通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应，失去电子，形成正离子，正离子可通过迁移穿过质子交换膜，到达膜电极的另一端阴极端。在膜电极的阴极端，含有氧化剂(如氧气)的气体，如空气，通过渗透穿过多孔性扩散材料(碳纸)，并在催化剂表面上发生电化学反应得到电子，形成负离子。在阴极端形成的阴离子与阳极端迁移过来的正离子发生反应，形成反应产物。
在采用氢气为燃料，含有氧气的空气为氧化剂(或纯氧为氧化剂)的质子交换膜燃料电池中，燃料氢气在阳极区的催化电化学反应就产生了氢正离子(或叫质子)。质子交换膜帮助氢正离子从阳极区迁移到阴极区。除此之外，质子交换膜将含氢气燃料的气流与含氧的气流分隔开来，使它们不会相互混合而产生爆发式反应。
在阴极区，氧气在催化剂表面上得到电子，形成负离子，并与阳极区迁移过来的氢正离子反应，生成反应产物水。在采用氢气、空气(氧气)的质子交换膜燃料电池中，阳极反应与阴极反应可以用以下方程式表达
阳极反应阴极反应在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA)一般均放在两块导电的极板中间，每块导流极板与膜电极接触的表面通过压铸、冲压或机械铣刻，形成至少一条以上的导流槽。这些导流极板可以上金属材料的极板，也可以是石墨材料的极板。这些导流极板上的流体孔道与导流槽分别将燃料和氧化剂导入膜电极两边的阳极区与阴极区。在一个质子交换膜燃料电池单电池的构造中，只存在一个膜电极，膜电极两边分别是阳极燃料的导流板与阴极氧化剂的导流板。这些导流板既作为电流集流板，也作为膜电极两边的机械支撑，导流板上的导流槽又作为燃料与氧化剂进入阳极、阴极表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成的水的通道。
为了增大整个质子交换膜燃料电池的总功率，两个或两个以上的单电池通常可通过直叠的方式串联成电池组或通过平铺的方式联成电池组。在直叠、串联式的电池组中，一块极板的两面都可以有导流槽，其中一面可以作为一个膜电极的阳极导流面，而另一面又可作为另一个相邻膜电极的阴极导流面，这种极板叫做双极板。一连串的单电池通过一定方式连在一起而组成一个电池组。电池组通常通过前端板、后端板及拉杆紧固在一起成为一体。
一个典型电池组通常包括(1)燃料及氧化剂气体的导流进口和导流通道，将燃料(如氢气、甲醇或甲醇、天然气、汽油经重整后得到的富氢气体)和氧化剂(主要是氧气或空气)均匀地分布到各个阳极、阴极面的导流槽中；(2)冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将冷却流体均匀分布到各个电池组内冷却通道中，将燃料电池内氢、氧电化学放热反应生成的热吸收并带出电池组进行散热；(3)燃料与氧化剂气体的出口与相应的导流通道，燃料气体与氧化剂气体在排出时，可携带出燃料电池中生成的液、汽态的水。通常，将所有燃料、氧化剂、冷却流体的进出口都开在燃料电池组的一个端板上或两个端板上。
质子交换膜燃料电池既可以用作车、船等运载工具的动力系统，又可以用作移动式或固定式的发电站。
燃料电池发电系统主要由燃料电池堆与电池堆支持运行系统组成。当燃料电池发电系统用作车、船等运载工具的动力系统时，燃料电池发电系统也叫做燃料电池发动机；但也可用作移动式或固定式发电站。
上述燃料电池发电系统不管用作燃料电池发动机或发电站，燃料电池堆与电池堆支持运行系统都需要进行集成、封装和固定，并达到作为一种符合特定场合用途的一体化设计的防尘、防震动、防水、防漏电以及美观的产品要求。图1是一种比较普遍的燃料电池电堆。
目前，这种比较常见的燃料电池单堆一般具有前后二块端板，并在前后端板上穿设有至少二条拉杆，该拉杆两端设有紧固螺帽，并通过调解紧固装置，将前后端板压紧，从而将燃料电池堆紧固在前后端板中间(如图1)。
无论这种燃料电池发电系统作何应用，针对这种比较常见的燃料电池单堆的封装与固定是比较简单的。图2是这种燃料电池单堆常见的封装与固定方法。该固定方法包括1.分别有四块板，分别覆盖住燃料电池堆的四个平面，以及前后端板，并与前后端板对齐，并用数个螺钉分别将四块板紧固在前后两块端板上。
2.封装用的四块板，其中有前后或左右二块有四块小正方形块延伸出来的(图2中四块小正方形块，并带固定孔)。
3.将封装后的燃料电池堆通过固定螺栓穿过上述四块小正方形块与特定应用场合的其他机械构件连接紧固。
作为车、船动力或发电站大功率的燃料电池发电系统方面的应用，要求可以输出几十千瓦，甚至输出几百千瓦的功率。对这样大功率的输出要求，必须有相应的大功率输出的燃料电池堆与支持运行系统。
大功率输出的燃料电池堆工程设计与制造，从技术与制造成本方面来分析，一般无法采用一个由许多块大活性面积极板构成的巨型大功率单堆方法，而是采用由多个中小功率燃料电池堆模块集成在一起达到大功率输出要求的方法。上海神力公司“一种可以模块化装配的大规模集成式燃料电池”(发明专利号03141840.6；实用新型专利号03255963.1)就是一种通过许多燃料电池堆模块集成在一起的集成式燃料电池。
上述由许多个燃料电池堆模块构成的大型集成式燃料电池堆的封装与固定是无法按照目前这种小型、单个燃料电池堆的封装与固定方法来实行的，主要原因有1.由许多个燃料电池堆模块构成的大型集成式燃料电池堆往往体积庞大，重量很重，上述传统的封装与固定方法无法支撑这种大体积与重量的集成式燃料电池堆。
2.集成式燃料电池堆在封装与固定后必须有抗震动等功能，而上述传统的封装与固定方法无法满足这一要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构牢固、抗震性好、维修及拆卸方便的集成式燃料电池堆的封装与固定装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，该装置由底框、上框组成，或者由左框、右框组成；所述的装置与集成式燃料电池堆的前、后端板以及紧固拉杆有紧固连接关系，设在该装置上的若干固定孔与具体应用场合的其它机械构件上的若干固定孔统一匹配设计，用固定螺栓连接。
所述的装置由底框、上框组成，在底框与上框相对应的位置分别设有至少四块连接耳块，该连接耳块设有至少一个可供螺杆穿过的紧固孔，螺杆通过该紧固孔将上框与下框紧固连接。
所述的装置由左框、右框组成，在左框与右框相对应的位置分别设有至少四块连接耳块，该连接耳块设有至少一个可供螺杆穿过的紧固孔，螺杆通过该紧固孔将左框与右框紧固连接。
所述的连接耳块设有二个可供螺杆穿过的紧固孔，螺杆通过该紧固孔将上框与下框或左框与右框紧固连接。
所述的装置上设有至少四块与外围具体应用场合的其它机械构件连接用的固定耳块，该固定耳块上设有可供固定螺拴穿过的固定孔，固定螺拴通过该固定孔将该装置固定在具体应用场合的机械构件上。
所述的框架上设有若干螺孔，螺杆穿过该螺孔将设于框架内的集成式燃料电池堆的端板压紧固定。
所述的框架上设有若干凹槽，集成式燃料电池堆的紧固拉杆通过该凹槽延伸出框架，并由螺帽将该紧固拉杆固定在框架上。
本发明由于采用了以上技术方案，因此可以满足大型集成式燃料电池堆封装与固定后的作为车、船载动力系统或移动式的发电站的各种应用场合的要求，包括坚固的机械支撑，维修、拆卸方便，抗震动，防漏电，防水，防尘等。
图1为现有燃料电池堆的示意图；图2为现有燃料电池堆封装与固定的示意图；图3为本发明上下封装形式的第一种结构示意图；图4为本发明上下封装形式的第二种结构示意图；图5为本发明左右封装形式的第一种结构示意图；图6为本发明左右封装形式的第二种结构示意图；图7为本发明与燃料电池堆紧固连接的结构示意图；上述附图中标号1为封装构架上框，标号2为封装构架上框连接耳块，标号3为封装构架下框连接耳块，标号4为封装构架下框，标号5为封装构架与外围应用场合连接的固定耳块，标号6为连接封装构架上下二框连接耳块上的紧固孔，标号7为封装构架上可以将集成式燃料电池堆上的端板压紧的螺丝紧固孔，标号8为封装构架上可以让燃料电池堆紧固拉杆通过的凹槽，标号9为封装构架与外围应用场合连接的固定耳块上的紧固孔。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图3～图7为本发明各种不同形式的封装与固定装置的示意图，其中图3、图4是一种上、下二个封装构架，分别由上框1与下框4构成；为了利于上、下二框连接与拆卸方便，上、下二框分别有四个连接耳块，共八个连接方块，分别是2a、2b、2c、2d；3a、3b、3c、3d；八个连接耳块上，每块有二个供螺杆紧固孔6a、6b、6c、6d、6e、...，螺杆可以通过紧固孔将上、下二框紧固连接。
集成式燃料电池堆经过封装后，整个封装构架上分别有四块与外围应用场合连接用的固定耳块5a，5b，5c，5d，每块耳块上分别有可以上紧固螺杆穿过的固定孔9a，9b，9c，9d，与特殊应用场合的其他机械构件上的固定孔用的固定螺栓紧固连接。封装构架上还有二种将集成式燃料电池堆与封装构架进行紧固连接，但又方便拆卸的紧固连接机制。第一种机制是利用封装构架上的带螺纹的螺丝紧固孔7a，7b，7c，7d，用螺丝杆将集成式燃料电池堆上的端板紧紧压住；另一种机制是让集成式燃料电池堆的紧固螺杆延伸出整个封装构架，每根紧固螺杆恰好通过封装构架上的凹槽8a，8b，8c，8d，8e，8f，8g，8h，8I，8j，8k，8l，8m，8n，8o，然后利用螺帽将电池堆的紧固螺杆固定在封装构架上，如图7。
图5与图6是一种左、右二个封装构架，分别由左框与右框构成，其附图标号与图3、图4相对应，封装构架实施方法与图3、图4相同。
权利要求
1.一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，该装置由底框、上框组成，或者由左框、右框组成；所述的装置与集成式燃料电池堆的前、后端板以及紧固拉杆有紧固连接关系，设在该装置上的若干固定孔与具体应用场合的其它机械构件上的若干固定孔统一匹配设计，用固定螺栓连接。
2.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，所述的装置由底框、上框组成，在底框与上框相对应的位置分别设有至少四块连接耳块，该连接耳块设有至少一个可供螺杆穿过的紧固孔，螺杆通过该紧固孔将上框与下框紧固连接。
3.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，所述的装置由左框、右框组成，在左框与右框相对应的位置分别设有至少四块连接耳块，该连接耳块设有至少一个可供螺杆穿过的紧固孔，螺杆通过该紧固孔将左框与右框紧固连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，所述的连接耳块设有二个可供螺杆穿过的紧固孔，螺杆通过该紧固孔将上框与下框或左框与右框紧固连接。
5.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，所述的装置上设有至少四块与外围具体应用场合的其它机械构件连接用的固定耳块，该固定耳块上设有可供固定螺拴穿过的固定孔，固定螺拴通过该固定孔将该装置固定在具体应用场合的机械构件上。
6.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，所述的框架上设有若干螺孔，螺杆穿过该螺孔将设于框架内的集成式燃料电池堆的端板压紧固定。
7.根据权利要求1所述的一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，其特征在于，所述的框架上设有若干凹槽，集成式燃料电池堆的紧固拉杆通过该凹槽延伸出框架，并由螺帽将该紧固拉杆固定在框架上。
全文摘要
本发明涉及一种集成式燃料电池堆的封装与固定装置，该装置由底框、上框组成，或者由左框、右框组成；所述的装置与集成式燃料电池堆的前、后端板以及紧固拉杆有紧固连接关系，设在该装置上的若干固定孔与具体应用场合的其它机械构件上的若干固定孔统一匹配设计，用固定螺栓连接。与现有技术相比，本发明具有结构牢固、抗震性好、维修及拆卸方便等特点。
文档编号H01M8/24GK1641918SQ200410015888
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者夏建伟, 郭伟良 申请人:上海神力科技有限公司