CN101425596A

CN101425596A - 一种燃料电池电堆的通风封装方法

Info

Publication number: CN101425596A
Application number: CNA2007100477839A
Authority: CN
Inventors: 胡里清; 章波
Original assignee: Shanghai Shen Li High Tech Co Ltd
Current assignee: Shanghai Shenli Technology Co Ltd
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-05-06

Abstract

本发明涉及一种燃料电池电堆的通风封装方法，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，可探测燃料电池电堆封闭式封装架内的氢气浓度。与现有技术相比，本发明结构简单，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***。

Description

一种燃料电池电堆的通风封装方法

技术领域

本发明涉及燃料电池，尤其涉及一种燃料电池电堆的通风封装方法。

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：1/2O₂+2H⁺+2e→H₂O

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：(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***，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电堆的通风封装方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种燃料电池电堆的通风封装方法，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，可探测燃料电池电堆封闭式封装架内的氢气浓度。

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，在鼓风机或空压机工作运转范围内，可限制通过通风管的空气流量为1～10升/分钟。

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，使封装后的燃料电池具备防水、防尘功能。

所述的氢气探测器在探测到一定浓度的氢气时立即报警进行人工干预或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***的处理。

所述的氢气探测器的氢气报警体积比例为0.1～4％。

所述的燃料电池电堆整个封装于电堆外面的是密闭式封装层，将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，送入燃料电池堆的封闭式封装架内，并由排风口排出。

本发明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——一旦氢气泄漏，并漏到一定的浓度后，极有可能***。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***的空气供应***，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***。与现有技术相比，本发明结构简单，综合利用现有资源，从而提高了整个燃料电池***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***。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

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方法，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***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1mm，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1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***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1，一种100kw城市客车用燃料电池电堆的通风封装方法，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***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***的处理。

Claims

1.一种燃料电池电堆的通风封装方法，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，可探测燃料电池电堆封闭式封装架内的氢气浓度。

2.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的通风封装方法，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电堆的通风封装方法，其特征在于，所述的通风管内径为1～5mm，在鼓风机或空压机工作运转范围内，可限制通过通风管的空气流量为1～10升/分钟。

4.根据权利要求1或3所述的一种燃料电池电堆的通风封装方法，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电堆的通风封装方法，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，使封装后的燃料电池具备防水、防尘功能。

6.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的通风封装方法，其特征在于，所述的氢气探测器在探测到一定浓度的氢气时立即报警进行人工干预或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***的处理。

7.根据权利要求1或6所述的一种燃料电池电堆的通风封装方法，其特征在于，所述的氢气探测器的氢气报警体积比例为0.1～4％。

8.根据权利要求1所述的一种燃料电池电堆的通风封装方法，其特征在于，所述的燃料电池电堆整个封装于电堆外面的是密闭式封装层，将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，送入燃料电池堆的封闭式封装架内，并由排风口排出。