一种燃料电池配气装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种燃料电池配气装置，包括燃料电池本体、散热风扇和反应风增压风扇，其特征在于：所述燃料电池配气装置还包括反应风导风槽和散热风导风槽，所述反应风增压风扇通过所述反应风导风槽与所述燃料电池本体相连接；所述散热风扇通过所述散热风导风槽与所述燃料电池本体相连接。本实用新型专利技术所提供的燃料电池的配气装置，由于引入了散热风导风槽和反应风导风槽，使之能够快速而均匀的散热、高效而均匀的反应。相对于现有的风冷散热技术和水冷散热技术而言，本实用新型专利技术的技术方案可以作到快速而均匀的散热、高效而均匀的反应；并且结构简单、易于实施、成本较低。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种燃料电池配气装置，尤其涉及采用空气作为氧化剂和冷却风的小型质子交换膜燃料电池配气装置。
技术介绍
燃料电池是一种将储存在燃料中的化学能通过化学反应将化学能转换为电能和热能的装置。质子交换膜燃料电池是燃料电池的一种，它的特点是用氟系高分子膜作为电解质，电池阳极产生的氢质子能够穿过高分子膜到达阴极，并在那里被还原；而电子则通过阳极的电极板及负载与阴极的电极板连通，形成电流。这种燃料电池的起动时间短，结构紧凑，噪声低，功率密度高，工作温度为40～100℃，便于小型化、轻量化，适合作为可移动式电源使用。质子交换膜燃料电池单元由两块带气体导流槽的导电板和一个膜电极组构成。由于质子交换膜燃料电池的电能转换能力与质子交换膜的面积成正比，因此，在质子交换膜燃料电池单元转换能力固定的情况下，为了获得较大的电能，需要将多个电池单元串联，即多电池的级联组装，多电池组装后称之为燃料电池。众所公知，燃料电池在反应时产生电流(即电能)，同时也产生热能，并且随着产生电能的增大，热能也成比例增加。目前，性能较好的质子交换膜燃料电池的氢气发电的效率在35％-40％之间，其余的均转化为热能。在质子交换膜燃料电池开始工作之初，电池内部处于常温状态，工作一段时间后，当温度上升到一定程度时(根据不同类型的燃料电池不同的运行温度要求，质子交换膜燃料电池一般在100℃以下)，必须将内部产生的热量迅速散出，如果不尽快散热，必然导致电池内部温度过高，发电效率下降，影响燃料电池寿命，甚至导致燃料电池的损坏。目前采用的散热方法主要采用水冷式和风冷式。水冷式的技术方案为在导电极板的背面(即不与膜电极相接的一面)形成一个散热水道，每个散热水道通过入口和出口连接起来，形成电池的整体散热水通道，在入口处，通过增压泵将水流从入口流入散热水通道，经电极板吸热从散热水通道流出后，通过外部散热片散热，再进入增压泵，如此反复循环，可以起到电池冷却的作用，冷却的要求可根据循环的快慢及散热片的散热能力来调整。现有水冷式技术的缺点是由于水循环需要动力源，即在燃料电池外部需要增加增压泵，同时，还需要风扇对循环出来的热水进行冷却，消耗的能量较大，特别是在1000W以下的燃料电池中，其功率消耗比例超过15％。风冷式的技术方案为在燃料电池的一侧形成空气入口，另一侧形成空气出口，在入口处和出口处分别放置多个鼓风扇和多个吸风扇，在电极板中间形成导流槽连接入口和出口中，散热风通过鼓风扇将空气吸入，通过散热导流槽后带走热量，从出口处通过吸风扇排出，这种方式的冷却要求可以通过调节风扇的转速来控制散热的能力。现有风冷式技术的缺点是目前的风冷散热方式，采用多个风扇吹风，并辅之以风扇吸风，由于风扇与风扇之间总是存在距离的，因此，对于燃料电池的每个燃料电池单元来说，冷却是不均匀的，因此，容易导致部分燃料电池单元温度较高，而部分单元温度较低，不利于燃料电池的整体管理。为了使燃料电池更具有实用性，一般来说，质子交换膜燃料电池的氧化剂为空气中的氧，而不再采用纯氧。由于空气中的氧气含量在21％左右，压力为1atm(101.3kPa)，在不增加流量和压力的情况下，燃料电池发电效率很低。为了增加燃料电池中氧化剂的利用效率，提高燃料电池的发电性能，一般情况下，需要对提供给燃料电池的空气增加压力，这样可以使空气中的氧气可以有效地扩散到反应区内发生电化学反应；同时，提高空气在氧化剂流道中的流速，以利于将燃料电池内部电化学反应生成的水带出燃料电池。一般来说，要使空气在燃料电池内部产生强制快速流动，必须要采用一种空气压缩泵或者采用风扇，这种循环装置可以产生大大高于自然空气压力的压缩空气流进入燃料电池，并可以克服燃料电池内部的导流场中的阻力从燃料电池出来。传统的开放式燃料电池的氧化剂的供给方式一般是通过一个或多个风扇吸风或吹风解决，同样存在各燃料电池单元的供应不均匀问题。本技术是针对风冷散热方式和传统的氧化剂配气方式所作的改进。
技术实现思路
本技术的目的就是为了避免现有水冷式散热技术及风冷式散热技术所存在的缺陷而提供一种快速而均匀的散热、高效而均匀反应的燃料电池配气装置。本技术可以通过以下技术方案来实现一种燃料电池配气装置，包括燃料电池本体、散热风扇和反应风增压风扇，其特征在于所述燃料电池配气装置还包括反应风导风槽和散热风导风槽，所述反应风增压风扇通过所述反应风导风槽与所述燃料电池本体相连接；所述散热风扇通过所述散热风导风槽与所述燃料电池本体相连接。一种优选技术方案，其特征在于所述反应风增压风扇设有出口与所述反应风导风槽的入口相连接；所述反应风导风槽设有出口与所述燃料电池本体的氧化剂流道的入口相接；所述散热风扇设有出口与所述散热风导风槽的入口相连接；所述散热风导风槽设有出口与所述燃料电池本体的散热流道的入口相连接。一种优选技术方案，其特征在于所述燃料电池本体的散热流道位于导燃料电池电极板上或放置在两个电极板中间的散热板上。一种优选技术方案，其特征在于所述燃料电池本体的氧化剂流道位于导电极板与膜电极相接的一面上。一种优选技术方案，其特征在于所述反应风增压风扇的风压范围为10-1000pa，风量范围为0.1-10m3/min。一种优选技术方案，其特征在于所述反应风导风槽的形状为锥状、柱状、三角状、楔状或其它形状或其复合形状。一种优选技术方案，其特征在于所述散热风扇的风压为10-1000pa，风量范围为0.1-10m3/min。一种优选技术方案，其特征在于所述散热风导风槽的形状为锥状、柱状、三角状、楔状或其它形状或其复合形状。一种优选技术方案，其特征在于所述反应风导风槽和散热风导风槽连为一体。一种优选技术方案，其特征在于所述反应风导风槽和散热风导风槽用金属材料或非金属材料制备。有益效果本技术所提供的燃料电池的配气装置，由于引入了散热风导风槽和反应风导风槽，使之能够快速而均匀的散热、高效而均匀的反应。相对于现有的风冷散热技术和水冷散热技术而言，本技术的技术方案可以作到快速而均匀的散热、高效而均匀的反应；并且结构简单、易于实施、成本较低。以下结合附图及具体实施方式对本技术作进一步的说明，但并不意味着对本技术保护范围的限制。附图说明图1为水冷式散热燃料电池散热水道结构示意图；图2为水冷式散热电极板的散热水道示意图；图3为水冷式散热燃料电池阳极板的流道示意图；图4为风冷式燃料电池散热流道结构示意图；图5为风冷式散热电极板上的散热流道示意图；图6为风冷式散热燃料电池阳极板的流道示意图；图7为本技术实施例之一的燃料电池本体的结构示意图；图8为本技术实施例之一的散热风导风槽的结构示意图；图9为本技术实施例之一的散热风扇的结构示意图；图10为本技术实施例之一的反应风导风槽的结构示意图；图11为本技术实施例之一的轴流式反应风增压风扇的结构示意图；图12为本技术实施例之一的燃料电池配气装置的结构示意图；图13为本技术实施例之二的燃料电池本体的结构示意图；图14为本技术实施例之二的散热风导风槽和反应风导风槽为一体的结构示意图；图15为本技术实施例之二的离心式反应风增压风扇的结构示意图；图16为本技术实施例之二的燃料电池配气装置的结构示意图；图17为楔型导风本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃料电池配气装置，包括燃料电池本体、散热风扇和反应风增压风扇，其特征在于：所述燃料电池配气装置还包括反应风导风槽和散热风导风槽，所述反应风增压风扇通过所述反应风导风槽与所述燃料电池本体相连接；所述散热风扇通过所述散热风导风槽与所述燃料电池本体相连接。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张浩，张文虎，张宝春，
申请(专利权)人：廊坊清源机电设备有限公司，
类型：实用新型
国别省市：13[中国|河北]