一种燃料电池反应堆装置的制作方法

1.本发明涉及一种燃料电池反应堆装置领域。


背景技术：

2.燃料电池反应堆装置，是一种化学能转化为电能的装置，由若干组双极板组件和若干组膜电极组件依次层叠而成，氧化剂和还原剂进入燃料电池反应堆装置内完成氧化还原反应，对外输出电能，热交换液进入燃料电池反应堆装置内完成热交换。
3.每一组双极板组件通常由两片隔流导电极板叠合组成，承担着氧化剂、还原剂和热交换液在燃料电池反应堆装置中的相互隔离和导流作用，同时还承担着化学反应电流集流导电的作用。双极板组件厚度应尽可能地薄，以降低燃料电池反应堆装置总体厚度、减少电流和热的传导阻力。
4.隔流导电极板的材料一般为金属、石墨或具有涂层的复合材料。为减小双极板组件厚度，须通过冲压、模压或机加工等手段，在极薄的板材(例如，采用金属材料时，板材厚度低至0.1mm以下)表面上加工出众多微小的沟槽、隆起和开孔结构，以供氧化剂、还原剂和热交换液各自流通以及密封。这些微小的沟槽和隆起，与隔流导电极板是一个整体。
5.因此，双极板组件的结构非常复杂、密封困难，导致成型调试开发周期长、良品率低，成本高昂，且寿命不足。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种燃料电池反应堆装置，其双极板组件采用分置式结构，即：采用成型的长条丝线状导电体，代替隔流导电极板上的沟槽和隆起结构。长条丝线状导电体与隔流导电极板为分别加工、贴合粘结而成。
7.长条丝线状导电体与隔流导电极板可以根据各自特点，可以使用不同种类的、大批量生产的普通型材简单加工而成，通过焊接或粘结使二者形成电连通。
8.这种分置式的双极板组件极大简化了双极板组件的加工难度并优化了密封结构，因此缩短了开发周期，提高了良品比率，降低了产品成本，延长了产品寿命。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：本发明提供一种燃料电池反应堆装置，由若干组双极板组件和若干组膜电极组件依次层叠而成。
10.所述双极板组件包括第一隔流导电极板、第二隔流导电极板、氧化剂导流导电线、还原剂导流导电线。
11.所述第一隔流导电极板和第二隔流导电极板均为薄板状导电体，相互保持电连接，二者平面之间设置有热交换腔。
12.所述氧化剂导流导电线为长条丝线状导电体，若干根这样的氧化剂导流导电线相互保持一定间距、并列贴合接触平铺布置在所述第一隔流导电极板的远离热交换腔的外表面上，贴合接触处保持电连接。
13.所述还原剂导流导电线为长条丝线状导电体，若干根这样的还原剂导流导电线相互保持一定间距、并列贴合接触平铺布置在所述第二隔流导电极板的远离热交换腔的外表面上，贴合接触处保持电连接。
14.所述氧化剂导流导电线和所述还原剂导流导电线材料均为导电金属或导电非金属，包括但不限于石墨纤维、不锈钢丝或具有涂层的复合细丝。
15.所述第一隔流导电极板和所述第二隔流导电极板材料为导电金属或导电非金属，包括但不限于石墨板、不锈钢板或具有涂层的复合材料板。
16.所述氧化剂导流导电线与所述第一隔流导电极板通过焊接或粘结的方式贴合，贴合接触处保持电连接。
17.所述还原剂导流导电线与所述第二隔流导电极板通过焊接或粘结的方式贴合，贴合接触处保持电连接。
18.优选地，所述燃料电池反应堆装置还包括氧化层密封垫。所述氧化层密封垫四周设置有贯穿的还原剂流入通道、氧化剂流入通道、还原剂流出通道、氧化剂流出通道、热交换液流入通道和热交换液流出通道。所述氧化层密封垫中部设置有镂空的氧化反应腔，氧化层密封垫表面设置有一系列的氧化剂流入槽和一系列的氧化剂流出槽，使氧化反应腔分别连通所述氧化剂流入通道和所述氧化剂流出通道。所述氧化层密封垫贴合接触布置在所述第一隔流导电极板的远离所述热交换腔的外表面上，所述氧化剂导流导电线设置在所述氧化反应腔中。
19.优选地，所述燃料电池反应堆装置还包括还原层密封垫。所述还原层密封垫四周设置有贯穿的还原剂流入通道、氧化剂流入通道、还原剂流出通道、氧化剂流出通道、热交换液流入通道和热交换液流出通道。所述还原层密封垫中部设置有镂空的还原反应腔，还原层密封垫表面设置有一系列的还原剂流入槽和一系列的还原剂流出槽，使还原反应腔分别连通所述还原剂流入通道和所述还原剂流出通道。所述还原层密封垫贴合接触布置在所述第二隔流导电极板的远离所述热交换腔的外表面上，所述还原剂导流导电线设置在所述还原反应腔中。
20.优选地，所述燃料电池反应堆装置还包括热交换层密封垫。所述热交换层密封垫四周设置有贯穿的还原剂流入通道、氧化剂流入通道、还原剂流出通道、氧化剂流出通道、热交换液流入通道和热交换液流出通道。所述热交换层密封垫的两个表面，分别贴合接触布置在所述第一隔流导电极板的内表面和所述第二隔流导电极板的内表面之间。所述热交换腔处于所述热交换层密封垫中部镂空空间内，热交换层密封垫表面设置有一系列的热交换液流入槽和一系列的热交换液流出槽，使热交换腔分别连通所述热交换液流入通道和热交换液流出通道。
21.优选地，所述热交换腔中设置有热交换液导流导电线。所述热交换液导流导电线为长条丝线状导电体，若干根这样的热交换液导流导电线相互保持一定间距、并列贴合接触平铺布置在所述第一隔流导电极板的内表面和第二隔流导电极板的内表面之间，贴合接触处保持电连接。所述热交换液导流导电线分别与所述氧化剂导流导电线和所述还原剂导流导电线均呈纵横交错方向铺设。
22.优选地，所述第一隔流导电极板和/或所述第二隔流导电极板在其朝向所述热交换腔的内表面上设置有若干个凸台，并通过该凸台使第一隔流导电极板和第二隔流导电极
板相互抵接，保持电连接。
23.优选地，所述氧化剂导流导电线和还原剂导流导电线布线走向一致，根数大致相同。
24.本发明的有益效果：本发明提供了一种燃料电池反应堆装置，极大简化了双极板组件的加工难度并优化了密封结构，因此缩短了开发周期，提高了良品比率，降低了产品成本，延长了产品寿命。
附图说明
25.图1是本发明的之燃料电池反应堆装置结构示意图。
26.图2是本发明的实施例一之双极板组件局部截面剖视示意图。
27.图3是本发明的实施例一之双极板组件分层拆解示意图。
28.图4是本发明的实施例一之双极板组件某一横截面剖视示意图。
29.图5是本发明的实施例一之氧化层密封垫结构示意图。
30.图6是本发明的实施例一之热交换层密封垫结构示意图。
31.图7是本发明的实施例一之还原层密封垫结构示意图。
32.图8是本发明的实施例二之双极板组件分层拆解示意图。
33.图9是本发明的实施例二之双极板组件某一横截面剖视示意图。
34.图10是本发明的实施例二之第二隔流导电极板结构示意图。
35.图11是本发明的实施例三之双极板组件分层拆解示意图。
36.图12是本发明的实施例三之双极板组件某一横截面剖视示意图。
37.图中：100-燃料电池反应堆装置；200-双极板组件；300-膜电极组件；1-氧化层密封垫；2-第一隔流导电极板；3-热交换层密封垫；4-第二隔流导电极板；5-还原层密封垫；6-氧化剂导流导电线；7-热交换液导流导电线；8-还原剂导流导电线；1a-氧化层密封垫还原剂流入通道；1b-氧化层密封垫氧化剂流入通道；1c-氧化层密封垫还原剂流出通道；1d-氧化层密封垫氧化剂流出通道；1e-氧化层密封垫热交换液流入通道；1f-氧化层密封垫热交换液流出通道；1g-氧化剂流入槽；1h-氧化剂流出槽；1k-氧化反应腔；2a-第一隔流导电极板还原剂流入通道；2b-第一隔流导电极板氧化剂流入通道；2c-第一隔流导电极板还原剂流出通道；2d-第一隔流导电极板氧化剂流出通道；2e-第一隔流导电极板热交换液流入通道；2f-第一隔流导电极板热交换液流出通道；2g-氧化剂流入孔；2h-氧化剂流出孔；2m-第一隔流导电极板外表面；2n-第一隔流导电极板内表面；2t-第一隔流导电极板凸台；3a-氧化层密封垫还原剂流入通道；3b-氧化层密封垫氧化剂流入通道；3c-氧化层密封垫还原剂流出通道；3d-氧化层密封垫氧化剂流出通道；3e-氧化层密封垫热交换液流入通道；3f-氧化层密封垫热交换液流出通道；3k-热交换腔；4a-第二隔流导电极板还原剂流入通道；4b-第二隔流导电极板氧化剂流入通道；4c-第二隔流导电极板还原剂流出通道；4d-第二隔流导电极板氧化剂流出通道；4e-第二隔流导电极板热交换液流入通道；4f-第二隔流导电极板热交换液流出通道；4g-还原剂流入孔；4h-还原剂流出孔；4m-第二隔流导电极板外表面；4n-第二隔流导电极板内表面；4t-第二隔流导电极板凸台；5a-还原层密封垫还原剂流入通道；5b-还原层密封垫氧化剂流入通道；5c-还原层密封垫还原剂流出通道；5d-还原层密封垫氧化剂流出通道；5e-还原层密封垫热交换液流入通道；5f-还原层密封垫热交换液流出
通道；5g-还原剂流入槽；5h-还原剂流出槽；5k-还原反应腔。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
41.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、“底部”、“顶部”、“四周”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
42.图1所示为一种燃料电池反应堆装置100，由若干组双极板组件200和若干组膜电极组件300依次层叠而成。
43.本发明实施例一：如图2～图7所示为本发明实施例一，所述双极板组件200包括第一隔流导电极板2、第二隔流导电极板4、氧化剂导流导电线6、还原剂导流导电线8。
44.所述第一隔流导电极板2和第二隔流导电极板4均为薄板状导电体，相互保持电连接，二者平面之间设置有热交换腔3k。
45.所述氧化剂导流导电线6为长条丝线状导电体，若干根这样的氧化剂导流导电线6相互保持一定间距、并列贴合接触平铺布置在所述第一隔流导电极板2的远离热交换腔3k的外表面2m上，贴合接触处保持电连接。
46.所述还原剂导流导电线8为长条丝线状导电体，若干根这样的还原剂导流导电线8相互保持一定间距、并列贴合接触平铺布置在所述第二隔流导电极板4的远离热交换腔3k的外表面4m上，贴合接触处保持电连接。
47.所述氧化剂导流导电线6和所述还原剂导流导电线8材料均为导电非金属，具体为石墨纤维。
48.所述第一隔流导电极板2和所述第二隔流导电极板4材料为导电非金属，具体为石墨板。
49.所述氧化剂导流导电线6与所述第一隔流导电极板2通过粘结的方式贴合，贴合接触处保持电连接。
50.所述还原剂导流导电线8与所述第二隔流导电极板4通过粘结的方式贴合，贴合接触处保持电连接。
51.所述燃料电池反应堆装置100还包括氧化层密封垫1。如图3和图5所示，所述氧化层密封垫1四周设置有贯穿的还原剂流入通道1a、氧化剂流入通道1b、还原剂流出通道1c、氧化剂流出通道1d、热交换液流入通道1e和热交换液流出通道1f。所述氧化层密封垫1中部设置有镂空的氧化反应腔1k，氧化层密封垫1表面设置有一系列的氧化剂流入槽1g和一系列的氧化剂流出槽1h，使氧化反应腔1k分别连通所述氧化剂流入通道1b和所述氧化剂流出通道1d。所述氧化层密封垫1贴合接触布置在所述第一隔流导电极板2的远离所述热交换腔3k的外表面2m上，所述氧化剂导流导电线6设置在所述氧化反应腔1k中。
52.所述燃料电池反应堆装置100还包括还原层密封垫5。如图3和图7所示，所述还原层密封垫5四周设置有贯穿的还原剂流入通道5a、氧化剂流入通道5b、还原剂流出通道5c、氧化剂流出通道5d、热交换液流入通道5e和热交换液流出通道5f。所述还原层密封垫5中部设置有镂空的还原反应腔5k，还原层密封垫5表面设置有一系列的还原剂流入槽5g和一系列的还原剂流出槽5h，使还原反应腔5k分别连通所述还原剂流入通道5a和所述还原剂流出通道5c。所述还原层密封垫5贴合接触布置在所述第二隔流导电极板4的远离所述热交换腔3k的外表面4m上，所述还原剂导流导电线8设置在所述还原反应腔5k中。
53.所述燃料电池反应堆装置100还包括热交换层密封垫3。如图3和图6所示，所述热交换层密封垫3四周设置有贯穿的还原剂流入通道3a、氧化剂流入通道3b、还原剂流出通道3c、氧化剂流出通道3d、热交换液流入通道3e和热交换液流出通道3f。所述热交换层密封垫3的两个表面，分别贴合接触布置在所述第一隔流导电极板2的内表面2n和所述第二隔流导电极板4的内表面4n之间。所述热交换腔3k处于所述热交换层密封垫3中部镂空空间内，热交换层密封垫3表面设置有一系列的热交换液流入槽3g和一系列的热交换液流出槽3h，使热交换腔3k分别连通所述热交换液流入通道3e和热交换液流出通道3f。
54.所述热交换腔3k中设置有热交换液导流导电线7。如图2、图3和图4所示，所述热交换液导流导电线7为长条丝线状导电体，若干根这样的热交换液导流导电线7相互保持一定间距、并列贴合接触平铺布置在所述第一隔流导电极板2的内表面2n和第二隔流导电极板4的内表面4n之间，贴合接触处保持电连接。所述热交换液导流导电线7分别与所述氧化剂导流导电线6和所述还原剂导流导电线8均呈纵横交错方向铺设。
55.所述氧化剂导流导电线6和还原剂导流导电线8布线走向一致，根数大致相同。
56.本发明实施例二：如图8～图10所示为本发明实施例二，与前述实施例一不同之处在于：取消了所述热交换液导流导电线7和所述热交换层密封垫3。
57.所述第一隔流导电极板2在其朝向所述热交换腔3k的内表面2n上设置有若干个凸台2t，所述第二隔流导电极板4在其朝向所述热交换腔3k的内表面4n上设置有若干个凸台4t，并通过该凸台2t、4t使第一隔流导电极板2和第二隔流导电极板4相互抵接，保持电连接。
58.本发明实施例三：
如图11～图12所示为本发明实施例三，与前述实施例一不同之处在于：取消了所述氧化层密封垫1和所述还原层密封垫5。
59.所述第二隔流导电极板4在其朝向所述热交换腔3k的内表面4n上设置有若干个凸台4t，并通过该凸台4t使第一隔流导电极板2和第二隔流导电极板4相互抵接，保持电连接。
60.所述第一隔流导电极板2上设有氧化剂流入孔2g和氧化剂流出孔2h，所述第二隔流导电极板4上设有还原剂流入孔4g和还原剂流出孔4h。
61.所述氧化剂导流导电线6和所述还原剂导流导电线8材料均为导电金属，具体为具有涂层的不锈钢复合细丝。
62.所述第一隔流导电极板2和所述第二隔流导电极板4材料为导电金属，具体为具有涂层的不锈钢板。
63.所述氧化剂导流导电线6与所述第一隔流导电极板2通过焊接的方式贴合，贴合接触处保持电连接。
64.所述还原剂导流导电线8与所述第二隔流导电极板4通过焊接的方式贴合，贴合接触处保持电连接。
65.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明权利要求的保护范围之内。