专利名称：一种燃料电池用防尘防水通风的封装架的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池用防尘防水通风的封装架。
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(l)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。燃料电池在工作过程中，尤其是在室外的工作环 境下，会有大量的灰尘或水侵蚀电堆，这些灰尘或水一旦进入电堆，则将导致电堆漏电、漏氢，甚至使电堆遭到致命性破坏而崩溃的危险。在现有的燃料电 池电堆封装技术中，尚无很好的防止灰尘和水进入电堆的办法，也没有必要的 漏氢安全保护装置。上海神力科技有限公司申请了 "一种燃料电池电堆的封装方法"(发明专利申请号200510026006.7;实用新型申请号200520041699.2)。该专利要 解决的技术问题是提供一种防尘、防水，并具有漏氢安全保护功能的燃料电池 电堆的封装装置，该装置在装置架上设排风口、通风口，该排风口向外延伸一 排风管，在该排风管上设有排风扇，通风口向外延伸一通风管，在该通风管上 设有鼓风机。这种封装装置虽然能起到防尘、防水、漏氢安全保护等功能，但 是排风扇、鼓风机的运作需要额外消耗功率，通风管上设有过滤设备，遇水极 易损坏。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，可有效防尘、防水，并具有漏氢安全保护功能的燃料电池用防尘防水通风的封装架。本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现 一种燃料电池用防尘防 水通风的封装架，该封装架为封闭式封装架，燃料电池电堆的全部部件都封装 在封闭式封装架内，所述的封装架设有与电堆的各流体进出管相对应的空气管 进口、空气管出口、氢气管进口、氢气管出口、冷却水管进口、冷却水管出口， 所述的燃料电池包括依次连接的空气供应装置，空气增湿堆、燃料电池电堆， 所述的空气供应装置包括空气过滤器和鼓风机或空压机，其特征在于，所述的 封闭式封装架的面板一面设有通风口，该通风口通过通风管连接到燃料电池的 空气供应装置的鼓风机出口 ，所述的封闭式封装架的面板的另一面设有一排风 口，该排风口设有氢气探测器。所述的排风口设置在燃料电池堆封装架上与通风口对角面板的最低处。所述的通风管内径为1 5mm。所述的通风管一端连接封闭式封装架上的通风口，另一端连接到鼓风机或 空压机与空气增湿堆之间的管道上，或直接连接到鼓风机或空压机出口处。所述的排风口、通风口、空气管进口、空气管出口、氢气管进口、氢气管 出口、冷却水管进口、冷却水管出口与各自配套的管件之间设有密封圈。本实用新型在燃料电池电堆的空进、空出、水进、水出、氢进、氢出管路 处垫上密封圈，并在封装框架间垫上橡皮，封死框架的缝隙以及漏洞。但是考虑到封装后，存在一个很大的潜在危险---旦氢气泄漏，并漏到一定的浓度后，极有可能爆炸。故电堆密封的同时，在封装框架上开两个排风口和一个通 风口，将通风口连接到燃料电池系统的空气供应系统，将从空气供应装置出来 的干净空气分出一小支流，流入被密封的燃料电池电堆封装箱中，并在封装箱 一面设置排风口，使封装箱内的气体保持流动，即使燃料电池电堆有氢气泄漏 也可以及时排出，并且在排风口加装氢气探测器，能够及时检测氢气浓度并作 出排氢处理，从而有效防止因氢气管路破裂而溢出氢气造成的爆炸。与现有技 术相比，本实用新型结构简单，综合利用现有资源，从而提高了整个燃料电池 系统的效率，而且可以有效防尘、防水、防因氢气管路破裂而溢出氢气造成的 爆炸。
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。 实施例1如图1所示， 一种50kw轿车用燃料电池电堆的通风封装装置，包括封闭 式封装架1，该封装架1将燃料电池电堆的全部部件都封装在内，所述的封装 架1设有与电堆的各流体进出管相对应的空气管进口 7、空气管出口 8、氢气 管进口 9、氢气管出口 10、冷却水管进口 11、冷却水管出口 12，所述的燃料 电池的空气系统包括空气供应装置，空气增湿堆4、燃料电池电堆，整个封装 于燃料电池电堆外面的是密闭式封装层，所述的空气供应装置包括过滤器2和 鼓风机3，空气从过滤器2过滤后，经鼓风机3输入，经过空气增湿器4增湿 后进入燃料电池电堆，所述的封闭式封装架1的面板一面设有通风口 5，该通风口 5通过通风管6连接到燃料电池的空气供应装置的鼓风机3出口，封闭式 封装架1的面板的另一面设有一排风口 13，排风口 13设置在燃料电池堆封装 架上与通风口 5对角面板的最低处，该排风口设有氢气探测器14，可探测燃料 电池电堆封闭式封装架内的氢气浓度。空气供应装置提供的干净空气在进入空 气增湿堆4之前分出一支流，从通风管6送入燃料电池堆的封闭式封装架1内， 并由排风口 13排出，通风管6直径很小，其内径为lmm，通风管内的空气流 量为1升/分钟，连接鼓风机3与空气增湿堆4的管道内径为100mm，其空气 流量为50升/分钟，该大流量空气经过增湿减压后，从封装架l上的空气管进 口7进入燃料电池电堆，发生电化学反应后从空气管出口 8流出，氢气探测器 在探测到0.1%浓度的氢气时立即报警，同时将该氢气浓度信号传送在至燃料 电池上层控制器进行自动控制，作出关闭燃料电池系统的处理。所述的排风口、通风口、空气管进口、空气管出口、氢气管进口、氢气管 出口、冷却水管进口、冷却水管出口与各自配套的管件之间设有密封圈。实施例2参见图l， 一种100kw城市客车用燃料电池电堆的通风封装装置，包括封 闭式封装架，该封装架将燃料电池电堆的全部部件都封装在内，所述的封装架 设有与电堆的各流体进出管相对应的空气管进口、空气管出口、氢气管进口、 氢气管出口、冷却水管进口、冷却水管出口，所述的燃料电池的空气系统包括 空气供应装置，空气增湿堆、燃料电池电堆，整个封装于燃料电池电堆外面的 是密闭式封装层，所述的空气供应装置包括过滤器和鼓风机，空气从过滤器过 滤后，经鼓风机输入，经过空气增湿器增湿后进入燃料电池电堆，所述的封闭 式封装架的面板一面设有通风口，通风管一端连接封闭式封装架上的通风口， 另一端连接到鼓风机与空气增湿堆之间的管道上，封闭式封装架的面板的另一 面设有一排风口，该排风口设有氢气探测器，可探测燃料电池电堆封闭式封装 架内的氢气浓度。空气供应装置提供的干净空气在进入空气增湿堆之前分出一 支流，从通风管送入燃料电池堆的封闭式封装架内，并由排风口排出，通风管 直径很小，其内径为5mm，通风管内的空气流量为10升/分钟，连接鼓风机与 空气增湿堆的管道内径为400mm，其空气流量为500升/分钟，该大流量空气 经过增湿减压后，从封装架上的空气管进口进入燃料电池电堆，发生电化学反应后从空气管出口流出，氢气探测器在探测到4%浓度的氢气时立即报警，同 时将该氢气浓度信号传送在至燃料电池上层控制器进行自动控制，作出关闭燃 料电池系统的处理。
权利要求1.一种燃料电池用防尘防水通风的封装架，该封装架为封闭式封装架，燃料电池电堆的全部部件都封装在封闭式封装架内，所述的封装架设有与电堆的各流体进出管相对应的空气管进口、空气管出口、氢气管进口、氢气管出口、冷却水管进口、冷却水管出口，所述的燃料电池包括依次连接的空气供应装置，空气增湿堆、燃料电池电堆，所述的空气供应装置包括空气过滤器和鼓风机或空压机，其特征在于，所述的封闭式封装架的面板一面设有通风口，该通风口通过通风管连接到燃料电池的空气供应装置的鼓风机出口，所述的封闭式封装架的面板的另一面设有一排风口，该排风口设有氢气探测器。
2. 根据权利要求1所述的一种燃料电池用防尘防水通风的封装架，其特征 在于，所述的排风口设置在燃料电池堆封装架上与通风口对角面板的最低处。
3. 根据权利要求1所述的一种燃料电池用防尘防水通风的封装架，其特征 在于，所述的通风管内径为1 5mm。
4. 根据权利要求1或3所述的一种燃料电池用防尘防水通风的封装架，其 特征在于，所述的通风管一端连接封闭式封装架上的通风口，另一端连接到鼓 风机或空压机与空气增湿堆之间的管道上，或直接连接到鼓风机或空压机出口 处。
5. 根据权利要求1所述的一种燃料电池用防尘防水通风的封装架，其特征 在于，所述的排风口、通风口、空气管进口、空气管出口、氢气管进口、氢气 管出口、冷却水管进口、冷却水管出口与各自配套的管件之间设有密封圈。
专利摘要本实用新型涉及一种燃料电池用防尘防水通风的封装架，该封装架为封闭式封装架，所述的燃料电池包括依次连接的空气供应装置，空气增湿堆、燃料电池电堆，所述的空气供应装置包括空气过滤器和鼓风机或空压机，所述的封闭式封装架的面板一面设有通风口，该通风口通过通风管连接到燃料电池的空气供应装置的鼓风机出口，所述的封闭式封装架的面板的另一面设有一排风口，该排风口设有氢气探测器，与现有技术相比，本实用新型结构简单，可以有效防尘、防水，并且能够及时检测氢气浓度并作出排氢处理，从而有效防止因燃料电池堆泄漏氢气造成的爆炸。
文档编号H01M8/02GK201117720SQ20072007638
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者波 章, 胡里清 申请人:上海神力科技有限公司