专利名称：一种燃料电池的排空气管装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及燃料电池的辅助装置，尤其涉及一种燃料电池的排空气管装置。
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H2—2H++2e 阴极反应l/202+2H++2e—H20在典型的质子交换膜燃料电池中，膜电极(MEA) —般均放在两块导电的 极板中间，每块导膜电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。这些导膜电极板可以上金属材料的极板，也可以 是石墨材料的极板。这些导膜电极板上的导流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U)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)散热冷却流体(如水)的进出口与导流通道，将散热冷却流体均匀分布 到各个电池组内散热冷却通道中，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、散热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。图1为目前典型的燃料电池发电系统，在图l中l为燃料电池堆，2为储 氢瓶或其他储氢装置，3为减压阀，4为空气过滤虑装置，5为空气压縮供应装 置，6为氢气水一汽分离器，6，为空气水一汽分离器，7为水箱，8为散热冷却流体循环泵，9为散热器，10为氢循环泵，11为氢气增湿装置，12为空气增湿装置。燃料电池生成水大部分都是通过阴极空气侧排出，中低压系统，生成水大部分 气化为水蒸气与空气一起排出，即使使用了水汽分离器，也难以分离水蒸气，大量 的水蒸气随着空气排出了系统，造成了资源的浪费。发明内容本实用新型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简 单、可回收燃料电池生成水、综合利用资源的燃料电池的排空气管装置。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现 一种燃料电池的排空气管 装置，包括燃料电池堆、空气输送装置、空气增湿器、空气水汽分离器，所述 的空气输送装置通过空气增湿器连接到燃料电池堆上，所述的空气水汽分离器 连接到燃料电池堆空气出口处，其特征在于，所述的水汽分离器与燃料电池堆的 空气出口之间的排空气管上设有一散热冷却装置。所述的散热冷却装置由两个管道接头和连接两个管道接头的数根小管道组 成，所述的两个管道接头一面设有数个与小管道匹配的小？L，所述的小管道设置在 两个管道接头的小孔上，将两个管道接头连接起来，所述的两个管道接头的另一面 分别连接燃料电池堆的空气出口管道和空气水汽分离器的进口管道。所述的小管道上设有散热翅片。所述的小管道有10 20根。所述的散热冷却装置由两个管道接头和连接两个管道接头的多层扁平管道组 成，所述的两个管道接头一面设有与扁平管道匹配的对接口，另一面分别连接燃料 电池堆的空气出口管道和空气水汽分离器的进口管道。所述的扁平管道有5 10层。所述的散热冷却装置为将连接燃料电池堆空气出口和空气水汽分离器之间的 管道加长。所述的管道加长后设置为S状、W状或盘蛇状。与现有技术相比，本实用新型将燃料电池堆的空气出口到空气水汽分离器之间 的排气管进行改装设计，将该排气管加长或者将其中一段改成多根小管，或扁平管，增加燃料电池生成水蒸气的流程，使水蒸气散热冷却为水，在空气水汽分离器中分 离回收。将该燃料电池堆用于车辆上，在车辆行驶时通过自然对流风帮助散热，可 以更好的散热冷却燃料电池生成水蒸气，并进行回收。
图1为现有燃料电池系统的结构示意图； 图2为本实用新型实施例1的结构示意图； 图3为本实用新型实施例2的结构示意图； 图4为本实用新型实施例3的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步说明。 实施例1如图2所示， 一种50kw燃料电池的排空气管装置，包括燃料电池堆1、空气 过滤虑装置4，空气压縮供应装置5，空气水一汽分离器6'，空气增湿装置12， 空气过滤虑装置4连接空气压縮供应装置5，再通过空气增湿器12连接到燃料 电池堆1上，所述的空气水汽分离器6，连接到燃料电池堆1空气出口处，将水 汽分离器6'与燃料电池堆1的空气出口之间管道13进行重新设计，管道13的直 径为40mm，将管道13之间的一段设置两个管道接头131、 132，用10根直径为 2mm的小管道14连接两个管道接头131、 132，两个管道接头131、 132—面各设 有IO个与小管道14匹配的小？L，小管道安装在两个管道接头131、 132的小孔上， 将两个管道接头131、 132连接起来，小管道14上设有散热翅片15，空气携带大 量燃料电池生产水蒸气经过管道13和带有散热翅片的小管道14散热冷却后，进入 空气水汽分离器6'，分离回收。上述小管道14的个数可以根据需要设置10 20根。实施例2如图3所示， 一种100kw燃料电池的排空气管装置，包括燃料电池堆l、空 气过滤虑装置4，空气压縮供应装置5，空气水一汽分离器6',空气增湿装置 12，空气过滤虑装置4连接空气压縮供应装置5，再通过空气增湿器12连接到燃料电池堆1上，所述的空气水汽分离器6，连接到燃料电池堆1空气出口处，将水汽分离器6'与燃料电池堆1的空气出口之间管道13进行重新设计，管道13 的直径为50mm，将管道13之间的一段设置两个管道接头131、 132，用5根扁平 管道14'连接两个管道接头13K 132，两个管道接头131、 132—面各设有5个与 扁平管道14'匹配的对接口，扁平管道14'安装在两个管道接头131、 132的对接 口上，将两个管道接头131、 132连接起来，空气携带大量燃料电池生产水蒸气经 过管道12和扁平管道14'散热冷却后，进入空气水汽分离器6'，分离回收。上述扁平管道14'的个数可以根据需要设置有5 10层。实施例3如图4所示， 一种50kw燃料电池的排空气管装置，包括燃料电池堆1、空气 过滤虑装置4，空气压缩供应装置5，空气水一汽分离器6，，空气增湿装置12， 空气过滤虑装置4连接空气压缩供应装置5，再通过空气增湿器12连接到燃料 电池堆1上，所述的空气水汽分离器6，连接到燃料电池堆1空气出口处，将水 汽分离器6'与燃料电池堆1的空气出口之间管道13进行重新设计，将管道13加 长，设置为盘蛇状13'。上述管道还可以设计成其他形状，如W状或S状。
权利要求1.一种燃料电池的排空气管装置，包括燃料电池堆、空气输送装置、空气增湿器、空气水汽分离器，所述的空气输送装置通过空气增湿器连接到燃料电池堆上，所述的空气水汽分离器连接到燃料电池堆空气出口处，其特征在于，所述的水汽分离器与燃料电池堆的空气出口之间的排空气管上设有一散热冷却装置。
2. 根据权利要求1所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的散热 冷却装置由两个管道接头和连接两个管道接头的数根小管道组成，所述的两个管道 接头一面设有数个与小管道匹配的小孔，所述的小管道设置在两个管道接头的小孔 上，将两个管道接头连接起来，所述的两个管道接头的另一面分别连接燃料电池堆 的空气出口管道和空气水汽分离器的进口管道。
3. 根据权利要求2所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的小管 道上设有散热翅片。
4. 根据权利要求2所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的小管 道有10 20根。
5. 根据权利要求1所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的散热 冷却装置由两个管道接头和连接两个管道接头的多层扁平管道组成，所述的两个管 道接头一面设有与扁平管道匹配的对接口，另一面分别连接燃料电池堆的空气出口 管道和空气水汽分离器的进口管道。
6. 根据权利要求5所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的扁平 管道有5 10层。
7. 根据权利要求1所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的散热 冷却装置为将连接燃料电池堆空气出口和空气水汽分离器之间的管道加长。
8. 根据权利要求7所述的燃料电池的排空气管装置，其特征在于，所述的管道 加长后设置为S状、W状或盘蛇状。
专利摘要本实用新型涉及一种燃料电池的排空气管装置，包括燃料电池堆、空气输送装置、空气增湿器、空气水汽分离器，所述的空气输送装置通过空气增湿器连接到燃料电池堆上，所述的空气水汽分离器连接到燃料电池堆空气出口处，所述的水汽分离器与燃料电池堆的空气出口之间的排空气管上设有一散热冷却装置。与现有技术相比，本实用新型具有结构简单、可回收燃料电池生成水、综合利用资源等优点。
文档编号H01M8/04GK201171066SQ20072007594
公开日2008年12月24日 申请日期2007年11月23日 优先权日2007年11月23日
发明者波 章, 胡里清 申请人:上海神力科技有限公司