本發明專利技術公開了一種水冷封閉型燃料電池電堆，電堆封裝在殼體內，由多個單電池串聯迭加組成電堆，單電池由膜電極、氫板和氧板組成，氫板和氧板分別設置在膜電極的兩側；陽極封板緊壓電堆一端，陰極封板緊壓電堆另一端；殼體上設有進管口和出管口，進管口設有通向電堆的氫氣輸入管道和空氣輸入管道，電堆反應所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，進管口還設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。本發明專利技術使電堆受環境溫度影響較小，能夠降低空氣雜質對膜電極的污染；電堆整體均勻性好，延長其工作壽命。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于燃料電池
，涉及一種水冷封閉型燃料電池電堆。
技術介紹
燃料電池是通過將燃料在電解質中進行化學反應的方式，直接將貯存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環保地轉化為電能，其燃料不經過燃燒，沒有內燃機復雜的能量轉化過程，因此發電效率是目前所有發電方式中最高的。由于它沒有運動部件、無燃燒，因而噪聲低、紅外特征小。燃料電池發電裝置的核心是電堆，其性能的優劣直接決定整個電池的性能。燃料電池電堆由一片一片單電池串聯迭加而成，各單電池溫度是否均勻影響整體性能。同時燃料電池電堆性能受環境溫度影響較大。電堆工作整體性能均勻性直接決定整堆壽命。根據電堆散熱方式的不同，可以有多種不同實現方案:風冷雙風機方案、直接風冷方案、水冷封閉結構方案等。風冷雙風機方案的反應風機和散熱風機采用兩個不同風機且功能獨立，電堆結構簡單緊湊，工藝性好，適于批量生產；反應空氣風道與散熱空氣風道分離，電堆水、熱管理相對對立，管理策略簡單，容易實現電堆優化運行，且空氣雜質對膜電極污染小，膜電極使用壽命長；電堆陰極尾氣循環利用，可實現陽極進氣的自增濕功能；電堆設計小環境結構，具有陰極自增濕功能，環境適應性強。其缺點是由于采用多個電堆并聯，自耗較大；一般適于功率范圍200W 3000W的電源系統。直接風冷方案的反應風機和散熱風機合二為一，電堆結構更為緊湊，其反應產生的水被大流量的空氣帶走，幾乎處于干膜發電，因此對環境溫度不敏感，可在高溫、低溫下正常工作。其缺點是電堆干膜發電，發電效率低、功率密度小、壽命短、成本高，電堆的體積、重量相對風冷雙風機方案較大。水冷封閉結構方案的散熱能力強，電堆受環境溫度影響較小；采用產品化的工業空氣泵，空氣泵入口帶有空氣過濾裝置，因而膜電極受空氣雜質污染的可能性減少；水冷散熱，電堆內部溫度分布均勻；空氣泵供氣壓力遠大于風冷雙風機方案中的反應空氣壓力，電堆配氣均勻，因而電堆工作整體均一性好，整堆壽命較長；控制環節較少，控制系統相對簡單，適合設計較大功率(5kW 120kW)電源系統。其缺點是在大功率變工況運行時需要強制加濕。
技術實現思路
本專利技術解決的問題在于提供一種水冷封閉型燃料電池電堆，使其受環境溫度影響較小，降低空氣雜質對膜電極的污染；電堆整體均勻性好，延長其工作壽命。本專利技術是通過以下技術方案來實現:一種水冷封閉型燃料電池電堆，電堆封裝在殼體內，由多個單電池串聯迭加組成電堆，單電池由膜電極、氫板和氧板組成，氫板和氧板分別設置在膜電極的兩側；陽極封板緊壓電堆一端，陰極封板緊壓電堆另一端，電堆通過陽極取電裝置和陰極取電裝置向負載提供電能；殼體上設有進管口和出管口，進管口設有通向電堆的氫氣輸入管道和空氣輸入管道，電堆反應所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，進管口還設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送入氫氣，氧板在膜電極的另一側送入空氣，氫氣和空氣中的氧氣在膜電極中發生電化學反應，產生電能。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過減壓閥、電磁閥、調節閥后進入增濕單元，氫氣增濕后由氫氣輸入管道進入電堆；空氣經過過濾器，由氣泵經調節閥泵入增濕單元，空氣增濕后由空氣輸入管道進入電堆。所述的氫氣經氫氣輸入管道、空氣經空氣輸入管道，并行的送達到每個單電池。所述的氫氣輸入管道、空氣輸入管道上均分別設有壓力傳感器、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行降溫，降溫后的冷卻水流入冷卻水輸入管道，進入電堆的冷卻槽進行冷卻。所述的冷卻水箱中的水流出至散熱器后，經風扇向環境散熱。所述的冷卻水輸出管道上設有壓力傳感器，冷卻水輸入管道上設有溫度傳感器。所述的陽極封板外依次設有陽極絕緣板和固定電堆用的壓板；陰極封板外依次設有陰極絕緣板和固定電堆用的壓板。與現有技術相比，本專利技術具有以下有益的技術效果:本專利技術提供的水冷封閉型燃料電池電堆，電堆封裝在殼體內，電堆反應所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，并行地送達每個單電池。冷卻水系統將較低溫度冷卻水由冷卻水箱泵入電堆冷卻槽內，與氫板、氧板交換熱量，熱量后高溫水在殼體外向環境散熱。本專利技術提供的水冷封閉型燃料電池電堆，采用水冷散熱冷卻效果好，可以提高散熱能力，使其受環境溫度減小，同時改善電堆溫度的均勻性，有效提高單電池的一致性和均勻性以及電堆性能，該電堆結構能組成幾十或上百千瓦的電堆。進一步，空氣經過濾器，有效去除了雜質，降低了其對膜電極的污染。而本專利技術的電堆是密封的，可以減少灰塵、雜質的進入，減少電堆中毒概率，延長電堆的壽命。本專利技術提供的水冷封閉型燃料電池電堆，封閉式結構還可以提高陰極濕度的均勻度，利用排氣壓力可以順利將液態水排出電堆，使電堆均勻性大幅提高。附圖說明圖1為本專利技術的電堆結構示意圖之一；圖2為本專利技術的電堆結構示意圖之二 ；圖3為圖2的局部放大示意圖；圖4為本專利技術的電堆的左視圖；圖5為本專利技術的燃料電池的結構示意圖。其中，I為出管口 1,2為陰極取電裝置,3為殼體,4為陽極取電裝置,5為進管口，8為壓板,9為陽極絕緣板,10為陽極封板,11為氫板,12為膜電極,13為氧板,14為陰極封板，15為陰極絕緣板，19為螺栓,20為沉頭螺釘,21為螺釘。具體實施例方式下面結合具體的實施例對本專利技術做進一步的詳細說明，所述是對本專利技術的解釋而不是限定。參見圖1 圖5，一種水冷封閉型燃料電池電堆，電堆封裝在殼體3內，由多個單電池串聯迭加組成電堆，單電池由膜電極12、氫板11和氧板13組成，氫板11和氧板13分別設置在膜電極12的兩側；陽極封板10緊壓電堆一端，陰極封板14緊壓電堆另一端，電堆通過陽極取電裝置4和陰極取電裝置15向負載提供電能；殼體3上設有進管口 5和出管口 I，進管口 5設有通向電堆的氫氣輸入管道和空氣輸入管道，電堆反應所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，進管口 5還設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I連接至殼體3外。具體的，氫板11在膜電極12 —側送入氫氣，氧板13在膜電極12的另一側送入空氣，氫氣和空氣中的氧氣在膜電極12中發生電化學反應，產生電能。單電池產生的電能小，電壓低，多個單電池串聯迭加組成電堆。電堆整體封裝在殼體3內，陽極封板10緊壓電堆一端，陰極封板14緊壓電堆另一端，保證各單電池緊湊，電化學反應能順利進行。陽極封板10外依次設有陽極絕緣板9和固定電堆用的壓板8 ;陰極封板14外依次設有陰極絕緣板15和固定電堆用的壓板8，通過螺栓19、沉頭螺釘20和螺釘21固定。進一步，氫板11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13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。氫氣瓶中的氫氣經過減壓閥、電磁閥、調節閥后進入增濕單元，氫氣增濕后由氫氣輸入管道進入電堆；空氣經過本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種水冷封閉型燃料電池電堆，其特征在于，電堆封裝在殼體（3）內，由多個單電池串聯迭加組成電堆，單電池由膜電極（12）、氫板（11）和氧板（13）組成，氫板（11）和氧板（13）分別設置在膜電極（12）的兩側；陽極封板（10）緊壓電堆一端，陰極封板（14）緊壓電堆另一端，電堆通過陽極取電裝置（4）和陰極取電裝置（15）向負載提供電能；殼體（3）上設有進管口（5）和出管口（1），進管口（5）設有通向電堆的氫氣輸入管道和空氣輸入管道，電堆反應所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，進管口（5）還設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（1）連接至殼體（3）外。
【技術特征摘要】
1.一種水冷封閉型燃料電池電堆，其特征在于，電堆封裝在殼體(3)內，由多個單電池串聯迭加組成電堆，單電池由膜電極(12)、氫板(11)和氧板(13)組成，氫板(11)和氧板(13)分別設置在膜電極(12)的兩側；陽極封板(10)緊壓電堆一端，陰極封板(14)緊壓電堆另一端，電堆通過陽極取電裝置(4)和陰極取電裝置(15)向負載提供電能； 殼體(3 )上設有進管口(5)和出管口(I)，進管口( 5 )設有通向電堆的氫氣輸入管道和空氣輸入管道，電堆反應所需氫氣由氫氣管道流入，所需氧氣由空氣管道流入，進管口(5)還設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( I)連接至殼體(3 )外。2.如權利要求1所述的水冷封閉型燃料電池電堆，其特征在于，氫板(11)在膜電極(12) —側送入氫氣,氧板(13)在膜電極(12)的另一側送入空氣,氫氣和空氣中的氧氣在膜電極(12)中發生電化學反應，產生電能。3.如權利要求1所述的水冷封閉型燃料電池電堆，其特征在于，氫板(11)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(13)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。4.如權利要求1所述的水冷封閉型燃料電池電堆，其特征...
【專利技術屬性】
技術研發人員：胡國昌，沈承，寧濤，曹世宏，張福才，靳殷實，
申請(專利權)人：中國人民解放軍總后勤部建筑工程研究所，
類型：發明
國別省市：
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