燃料电池电堆结构制造技术

本发明专利技术涉及燃料电池结构技术领域，提供了一种燃料电池电堆结构，通过在壳体组件侧面设置内部歧管，使得含有冷凝水的高温、高湿、高压气体通过外部歧管分别进入电堆结构的内部歧管后，冷凝水受重力作用向内部歧管的底部流动，并在内部歧管底部的集水槽内汇集，最后流向排水孔排出，防止液态水从流场入口进入燃料电池内部；同时反应产物水随反应剩余空气从流场出口排出，进入空气内部出口歧管，在遇到温度较低的内部歧管后，反应产物水和新冷凝的液态水一同向内部歧管的底部流动，并在集水槽内汇集，最后流向排水孔排向电堆外，防止液态水从流场出口反流回燃料电池内部，避免了冷凝水积存内部导致的电池正负极短接，增加了燃料电池性能稳定性。池性能稳定性。池性能稳定性。

【技术实现步骤摘要】
燃料电池电堆结构


[0001]本专利技术涉及燃料电池结构
，尤其是涉及一种燃料电池电堆结构。

技术介绍

[0002]在质子交换膜燃料电池电堆内部，通过由极板内部歧管区、膜电极组件内部歧管区、密封垫片经组装后形成的电堆内部歧管，分别向每节单电池对应的流场入口输送对应的反应物及冷却液。反应物在流场区进行电化学反应，反应产物、剩余气及冷却液通过流场出口分别进入对应的内部歧管，最后排出电堆。
[0003]经过压缩与加湿的高温高湿的压缩空气在流经暴露在常温环境下的外部歧管进入电堆内部进气歧管时，必然会将过程中生成的冷凝水一起带入电堆，由于电堆内部进气歧管结构的特殊性(极板、燃料电池组件、密封件交错堆叠，形成内部歧管凹槽，凹槽与流场入口相连，且通常没有其他出口)，冷凝水无法被直接有效地排出电堆外，而是随着压缩空气一起进入单电池内部的流场，阻碍反应气体流动及扩散，形成水淹现象，迅速降低单池发电性能，并且催化剂碳载体会被反应消耗，对催化剂层造成不可逆的损伤。
[0004]进一步地，反应生成的气态水和液态水随反应剩余气体进入温度较低的内部歧管会冷凝出更多的液态水，通过脉冲排气和剩余气体排气将液态水从流场中排出到电堆内部出气歧管，但是通常出气歧管内存在与单电池数量一致的沟槽，并且外部歧管的内径小于内部歧管(因为通常外部歧管接口是并列的，空间较小)，液态水堆积在这些沟槽中无法继续向外部歧管排出。此时液态水会在流场靠近出口附近堆积，也会造成水淹现象。当包含了系统内部组件降解析出的多种离子的液态水进一步增多时，液态水会越过沟槽连接单电池的正负极，并降低正负极之间的电阻，轻则降低电池性能，重则电池过热引起膜干甚至被击穿，引发安全事故。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种燃料电池电堆结构，以解决现有电堆结构的冷凝水在内部歧管区无法及时排出的问题。
[0006]第一个方面，本专利技术实施例提供了一种燃料电池电堆结构，包括：壳体组件、和位于壳体组件内部的多组单电池结构，多组所述单电池结构包括交错堆叠设置的双极板和膜电极组件；所述壳体组件包括沿第一方向延伸方向、且相对设置的第一歧管结构和第二歧管结构；
[0007]所述第一歧管结构的内侧设有沿第二方向依次分隔设置的空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管，所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管均沿着第三方向延伸；
[0008]所述第二歧管结构的内侧设有沿第二方向依次分隔的氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管，所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管均沿着第三方向延伸；所述空气内部进气歧管和所述空气内部出气歧管
分别与所述双极板的空气流场连通；所述氢气内部进气歧管和所述氢气内部出气歧管分别与所述双极板的氢气流场连通；
[0009]所述空气内部进气歧管、所述氢气内部出气歧管、所述空气内部出气歧管以及所述氢气内部进气歧管的底部均设有集水槽，所述集水槽的一端设置有用于向外导流的排水孔；其中，所述第一方向为所述双极板和所述膜电极组件的长度延伸方向，所述第三方向为垂直于所述双极板和所述膜电极组件的方向，所述第二方向与所述第一方向和所述第三方向均垂直。
[0010]可选地，所述双极板靠近所述第一歧管结构的一端沿第二方向依次设有空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区，所述双极板靠近所述第二歧管结构的一端沿第二方向依次设有氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区；所述空气进口区和所述空气出口区为所述空气流场的两个端口，所述氢气进口区和所述氢气出口区为所述氢气流场的两个端口；各所述双极板的所述空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区分别与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管密封连通；各所述双极板的所述氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区分别与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管密封连通。
[0011]可选地，所述第一歧管结构的内侧设置有多个第一隔板结构；多个所述第一隔板结构沿着第二方向间隔设置；位于所述空气内部进气歧管与所述冷却液内部出口歧管之间、以及位于所述氢气内部出气歧管底部的所述第一隔板结构上设置有所述集水槽；所述第二歧管结构的内侧设置有多个第二隔板结构；多个所述第二隔板结构沿着第二方向间隔设置；位于所述氢气内部进气歧管和所述冷却液内部进口歧管之间、以及位于所述空气内部出气歧管底部的所述第二隔板结构上均设置有所述集水槽。
[0012]可选地，所述第一歧管结构和所述第二歧管结构的顶部和底部均设置有防塌腰结构；所述防塌腰结构包括依次连接的第一折弯平面、第二折弯平面以及第三折弯平面，所述第一折弯平面和所述第三折弯平面为竖直平面，所述第二折弯平面为倾斜平面；所述第三折弯平面相对于所述第一折弯平面更靠近所述壳体组件的内部空间，所述第二折弯平面用于支撑所述单电池结构。
[0013]可选地，所述燃料电池电堆结构还包括：第一密封垫片和第二密封垫片；所述第一密封垫片设置在所述第一歧管结构与所述单电池结构之间，所述第一密封垫片与所述第一隔板结构相适应，用于将所述空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区分别与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管密封连通；所述第二密封垫片设置在所述第二歧管结构与所述单电池结构之间，所述第二密封垫片与所述第二隔板结构相适应，用于将所述氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区分别与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管密封连通。
[0014]可选地，所述第一密封垫片包括沿第二方向间隔设置的多个第一密封间隔条，多个所述第一密封间隔条之间构造出多个第一开口结构；多个所述第一开口结构与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管一一对应设置；
[0015]和/或，所述第二密封垫片包括沿第二方向间隔设置的多个第二密封间隔条，多个所述第二密封间隔条之间构造出多个第二开口结构；多个所述第二开口结构与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管一一对应设置。
[0016]可选地，所述膜电极组件包括：膜电极边框、双面包覆密封条、质子交换膜以及包围在所述质子交换膜两侧的气体扩散层；所述膜电极边框包围在所述气体扩散层和所述质子交换膜的周围，所述双面包覆密封条分别布置在所述膜电极边框的两侧，用于所述膜电极边框与所述双极板密封连接。
[0017]可选地，所述双极板的边沿设有极板边框，所述膜电极边框的两侧分别设有由所述双面包覆密封条构造出的卡槽结构，所述卡槽结构位于所述极板边框的边角处；所述极板边框的两侧靠近顶部和底部的位置分别设有凸起结构，所述凸起结构沿第一方向延伸，所述凸起结构与所述卡槽结构卡接，以实现所述双极板与所述膜电极组件的配合安装。
[0018]可选地，所述壳体组件还包括：顶板、底板以及沿垂直于所述双极板方向相对设置的两块端板；所述顶板盖合在所述双极板和所述膜电极组件的上方，所述底板设置在所述双极板和所述膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种燃料电池电堆结构，其特征在于，包括：壳体组件、和位于所述壳体组件内部的多组单电池结构，多组所述单电池结构包括交错堆叠设置的双极板和膜电极组件；所述壳体组件包括沿第一方向延伸方向、且相对设置的第一歧管结构和第二歧管结构；所述第一歧管结构的内侧设有沿第二方向依次分隔设置的空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管，所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管均沿着第三方向延伸；所述第二歧管结构的内侧设有沿第二方向依次分隔的氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管，所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管均沿着第三方向延伸；所述空气内部进气歧管和所述空气内部出气歧管分别与所述双极板的空气流场连通；所述氢气内部进气歧管和所述氢气内部出气歧管分别与所述双极板的氢气流场连通；所述空气内部进气歧管、所述氢气内部出气歧管、所述空气内部出气歧管以及所述氢气内部进气歧管的底部均设有集水槽，所述集水槽的一端设置有用于向外导流的排水孔；其中，所述第一方向为所述双极板和所述膜电极组件的长度延伸方向，所述第三方向为垂直于所述双极板和所述膜电极组件的方向，所述第二方向与所述第一方向和所述第三方向均垂直。2.根据权利要求1所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述双极板靠近所述第一歧管结构的一端沿第二方向依次设有空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区，所述双极板靠近所述第二歧管结构的一端沿第二方向依次设有氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区；所述空气进口区和所述空气出口区为所述空气流场的两个端口，所述氢气进口区和所述氢气出口区为所述氢气流场的两个端口；各所述双极板的所述空气进口区、冷却液出口区以及氢气出口区分别与所述空气内部进气歧管、冷却液内部出口歧管以及氢气内部出气歧管密封连通；各所述双极板的所述氢气进口区、冷却液进口区以及空气出口区分别与所述氢气内部进气歧管、冷却液内部进口歧管以及空气内部出气歧管密封连通。3.根据权利要求1所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述第一歧管结构的内侧设置有多个第一隔板结构；多个所述第一隔板结构沿着第二方向间隔设置；位于所述空气内部进气歧管与所述冷却液内部出口歧管之间、以及位于所述氢气内部出气歧管底部的所述第一隔板结构上设置有所述集水槽；所述第二歧管结构的内侧设置有多个第二隔板结构；多个所述第二隔板结构沿着第二方向间隔设置；位于所述氢气内部进气歧管和所述冷却液内部进口歧管之间、以及位于所述空气内部出气歧管底部的所述第二隔板结构上均设置有所述集水槽。4.根据权利要求3所述的燃料电池电堆结构，其特征在于，所述第一歧管结构和所述第二歧管结构的顶部和底部均设置有防塌腰结构；所述防塌腰结构包括依次连接的第一折弯平面、第二折弯平面以及第三折弯平面，所述第一折弯平面和所述第三折弯平面为竖直平面，所述第二折弯平面为倾斜平面；所述第三折弯平面相对于所述第一折弯平面更靠近...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳波，刘峰，
申请(专利权)人：大同新研氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：