[發(fā)明專利]一種水冷封閉型燃料電池電堆

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310015457.5
• 申請(qǐng)日: 2013-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN103078125A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡國(guó)昌;沈承;寧濤;曹世宏;張福才;靳殷實(shí)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍總后勤部建筑工程研究所
• 主分類號(hào): H01M8/04
• 分類號(hào): H01M8/04;H01M8/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 汪人和

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種水冷封閉型燃料電池電堆。

背景技術(shù)

燃料電池是通過將燃料在電解質(zhì)中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的方式，直接將貯存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效、環(huán)保地轉(zhuǎn)化為電能，其燃料不經(jīng)過燃燒，沒有內(nèi)燃機(jī)復(fù)雜的能量轉(zhuǎn)化過程，因此發(fā)電效率是目前所有發(fā)電方式中最高的。由于它沒有運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)燃燒，因而噪聲低、紅外特征小。

燃料電池發(fā)電裝置的核心是電堆，其性能的優(yōu)劣直接決定整個(gè)電池的性能。燃料電池電堆由一片一片單電池串聯(lián)迭加而成，各單電池溫度是否均勻影響整體性能。同時(shí)燃料電池電堆性能受環(huán)境溫度影響較大。電堆工作整體性能均勻性直接決定整堆壽命。根據(jù)電堆散熱方式的不同，可以有多種不同實(shí)現(xiàn)方案：風(fēng)冷雙風(fēng)機(jī)方案、直接風(fēng)冷方案、水冷封閉結(jié)構(gòu)方案等。

風(fēng)冷雙風(fēng)機(jī)方案的反應(yīng)風(fēng)機(jī)和散熱風(fēng)機(jī)采用兩個(gè)不同風(fēng)機(jī)且功能獨(dú)立，電堆結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，工藝性好，適于批量生產(chǎn)；反應(yīng)空氣風(fēng)道與散熱空氣風(fēng)道分離，電堆水、熱管理相對(duì)對(duì)立，管理策略簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)電堆優(yōu)化運(yùn)行，且空氣雜質(zhì)對(duì)膜電極污染小，膜電極使用壽命長(zhǎng)；電堆陰極尾氣循環(huán)利用，可實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極進(jìn)氣的自增濕功能；電堆設(shè)計(jì)小環(huán)境結(jié)構(gòu)，具有陰極自增濕功能，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。其缺點(diǎn)是由于采用多個(gè)電堆并聯(lián)，自耗較大；一般適于功率范圍200W～3000W的電源系統(tǒng)。

直接風(fēng)冷方案的反應(yīng)風(fēng)機(jī)和散熱風(fēng)機(jī)合二為一，電堆結(jié)構(gòu)更為緊湊，其反應(yīng)產(chǎn)生的水被大流量的空氣帶走，幾乎處于干膜發(fā)電，因此對(duì)環(huán)境溫度不敏感，可在高溫、低溫下正常工作。其缺點(diǎn)是電堆干膜發(fā)電，發(fā)電效率低、功率密度小、壽命短、成本高，電堆的體積、重量相對(duì)風(fēng)冷雙風(fēng)機(jī)方案較大。

水冷封閉結(jié)構(gòu)方案的散熱能力強(qiáng)，電堆受環(huán)境溫度影響較小；采用產(chǎn)品化的工業(yè)空氣泵，空氣泵入口帶有空氣過濾裝置，因而膜電極受空氣雜質(zhì)污染的可能性減少；水冷散熱，電堆內(nèi)部溫度分布均勻；空氣泵供氣壓力遠(yuǎn)大于風(fēng)冷雙風(fēng)機(jī)方案中的反應(yīng)空氣壓力，電堆配氣均勻，因而電堆工作整體均一性好，整堆壽命較長(zhǎng)；控制環(huán)節(jié)較少，控制系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，適合設(shè)計(jì)較大功率（5kW～120kW）電源系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是在大功率變工況運(yùn)行時(shí)需要強(qiáng)制加濕。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的問題在于提供一種水冷封閉型燃料電池電堆，使其受環(huán)境溫度影響較小，降低空氣雜質(zhì)對(duì)膜電極的污染；電堆整體均勻性好，延長(zhǎng)其工作壽命。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種水冷封閉型燃料電池電堆，電堆封裝在殼體內(nèi)，由多個(gè)單電池串聯(lián)迭加組成電堆，單電池由膜電極、氫板和氧板組成，氫板和氧板分別設(shè)置在膜電極的兩側(cè)；陽(yáng)極封板緊壓電堆一端，陰極封板緊壓電堆另一端，電堆通過陽(yáng)極取電裝置和陰極取電裝置向負(fù)載提供電能；

殼體上設(shè)有進(jìn)管口和出管口，進(jìn)管口設(shè)有通向電堆的氫氣輸入管道和空氣輸入管道，電堆反應(yīng)所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，進(jìn)管口還設(shè)有通向電堆的冷卻槽，向其提供冷卻水的冷卻水管道；與電堆相連接的氫氣輸出管道、空氣輸出管道和冷卻水排出管道通過出管口連接至殼體外。

所述氫板在膜電極一側(cè)送入氫氣，氧板在膜電極的另一側(cè)送入空氣，氫氣和空氣中的氧氣在膜電極中發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電能。

所述氫板的入口與氫氣輸入管道相連接，其出口與氫氣輸出管道相連接；氧板的入口與空氣輸入管道相連接，其出口與空氣輸出管道相連接，空氣輸出管道與大氣相通。

所述氫氣瓶中的氫氣經(jīng)過減壓閥、電磁閥、調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入增濕單元，氫氣增濕后由氫氣輸入管道進(jìn)入電堆；

空氣經(jīng)過過濾器，由氣泵經(jīng)調(diào)節(jié)閥泵入增濕單元，空氣增濕后由空氣輸入管道進(jìn)入電堆。

所述的氫氣經(jīng)氫氣輸入管道、空氣經(jīng)空氣輸入管道，并行的送達(dá)到每個(gè)單電池。

所述的氫氣輸入管道、空氣輸入管道上均分別設(shè)有壓力傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器。

所述的冷卻水輸出管道在殼體外設(shè)有冷卻水泵，冷卻水泵將流出殼體的水泵入到冷卻水箱中；冷卻水箱中的水流出至散熱器進(jìn)行降溫，降溫后的冷卻水流入冷卻水輸入管道，進(jìn)入電堆的冷卻槽進(jìn)行冷卻。

所述的冷卻水箱中的水流出至散熱器后，經(jīng)風(fēng)扇向環(huán)境散熱。

所述的冷卻水輸出管道上設(shè)有壓力傳感器，冷卻水輸入管道上設(shè)有溫度傳感器。

所述的陽(yáng)極封板外依次設(shè)有陽(yáng)極絕緣板和固定電堆用的壓板；

陰極封板外依次設(shè)有陰極絕緣板和固定電堆用的壓板。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：