一種燃料電池反應裝置的製作方法

2023-07-13 06:14:07 3

本實用新型屬於燃料電池技術領域，尤其是指一種燃料電池反應裝置。

背景技術：

經過近20多年的高速發展，質子交換膜燃料電池技術取得了巨大的進步，成功地解決了很多問題。但是要想實現質子交換膜燃料電池仍然存在體積比功率低、反應熱所帶來的熱安全性問題、成本高等問題限制了其在電動汽車及其他領域的商業化。要實現燃料電池電動車的商業化,必須使燃料電池電動車的性能相當於甚至優於現在的內燃機汽車,同時價格與現在的內燃機汽車價格持平甚至比其更低。而目前的燃料電池電動車成本相對較高。如何提高燃料電池性能並降低其製造成本是燃料電池電動車商業化的關鍵問題之一。

板式換熱器結構是用薄金屬板壓製成具有一定波紋形狀的換熱板片，然後疊裝，用夾板、螺栓緊固而成的一種換熱器。各種板片之間形成薄矩形通道，通過半片進行熱交換或反應。工作流體在兩塊板片間形成的窄小而曲折的通道中流過。中間有一隔層板片將流體分開。板式換熱器的結構決定了其具有結構緊湊、佔地面積小、傳熱效率高、操作靈活性大、應用範圍廣、熱損失小、安裝和清洗方便等特點。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於解決現有燃料電池存在反應效率低、成本投入高、冷卻效率過低和運行穩定性差的問題，提供一種採用板式換熱器結構的，具有反應效率高、換熱效率好、成本投入低和穩定可靠的燃料電池反應裝置。

本實用新型所採用的技術方案：一種燃料電池反應裝置，包括燃料電池反應本體和箱體，所述燃料電池反應本體放置於所述箱體內；所述燃料電池反應本體由冷卻板、陽極室、質子交換膜和陰極室依次拼接而成，所述燃料電池反應本體上端間隔設置有陰極燃料進口通道、冷卻流體進口通道和陽極燃料進口通道，所述燃料電池反應本體下端間隔設置有陽極燃料出口通道、冷卻流體出口通道和陰極燃料出口通道；所述陽極室的兩端分別與所述陽極燃料進口通道和陰極燃料出口通道貫通，所述冷卻板的兩端分別與所述冷卻流體進口通道和冷卻流體出口通道貫通，所述陰極室的兩端分別與所述陰極燃料進口通道和陽極燃料出口通道貫通。

優選的，所述燃料電池反應本體還包括密封墊片，所述密封墊片設置於所述冷卻板與所述陽極室之間、所述陽極室與所述質子交換膜之間和所述質子交換膜與所述陰極室之間。

優選的，所述陽極燃料出口通道、所述冷卻流體出口通道和所述陰極燃料出口通道均為薄矩形通道。

優選的，所述箱體上端設置有上蓋。

優選的，所述陽極室、所述質子交換膜和所述陰極室的數量相同。

優選的，所述箱體上設置有陽極燃料出口、冷卻流體出口、陰極燃料出口、陰極燃料進口、冷卻流體進口和陽極燃料進口。

優選的，所述箱體內部的尺寸大小與所述燃料電池反應本體的體積大小相匹配，所述燃料電池反應本體與所述箱體的內壁全面接觸。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：(1)本實用新型採用燃料電池反應本體由冷卻板、陽極室、質子交換膜和陰極室依次拼接而成，板式換熱器結構作為燃料電池反應裝置，燃料電池反應本體上端間隔設置有陰極燃料進口通道、冷卻流體進口通道和陽極燃料進口通道，所述燃料電池反應本體下端間隔設置有陽極燃料出口通道、冷卻流體出口通道和陰極燃料出口通道，陰極燃料和陽極燃料通過各種板片之間形成薄矩形通道進行化學反應，其窄小而曲折的通道可以增大燃料的反應面積，提高燃料的反應效率，其緊湊的結構、佔地面積小的優點，提高了燃料電池的體積比功率；(2)本實用新型採用板式換熱器結構作為燃料電池反應裝置的同時也作為燃料電池的散熱器，將反應裝置和散熱器整合一體化，不僅傳熱效率高、操作靈活性大，而且提高了燃料電池的體積比功率和換熱效率，提高了燃料電池的安全性能，且該結構具有熱損失小、安裝和清洗方便等特點；(3)本實用新型箱體上端設置有上蓋，上蓋用於蓋合或打開箱體，起到保護燃料電池反應裝置安全的作用；(4)本實用新型陽極室、質子交換膜和陰極室的數量相同，冷卻板的數量比陽極室、所述質子交換膜和所述陰極室的數量多一個，可根據實際需要進行調整，提高燃料電池的靈活性；(5)本實用新型所述箱體內部的尺寸大小與所述燃料電池反應本體的體積大小相匹配，所述燃料電池反應本體與所述箱體的內壁全面接觸，實現燃料電池反應裝置與箱體無縫接觸目的，降低裝置的抗震性；(6)本實用新型通過薄矩形通道進行熱量交換和化學反應，極大地提高了熱交換和反應的效率和降低成本投入。

附圖說明

圖1是本實用新型一種燃料電池反應裝置的結構示意圖；

圖2是燃料電池反應本體的結構圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是圖2的B-B剖視圖；

圖5是圖2的C-C剖視圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例進一步說明本實用新型的技術方案。

如圖1-5所示，一種燃料電池反應裝置，包括燃料電池反應本體2和箱體3，所述燃料電池反應本體2放置於所述箱體3內；所述燃料電池反應本體由冷卻板2a、陽極室2b、質子交換膜2d和陰極室2c依次拼接而成，所述燃料電池反應本體2上端間隔設置有陰極燃料進口通道7、冷卻流體進口通道8和陽極燃料進口通道9，所述燃料電池反應本體2下端間隔設置有陽極燃料出口通道4、冷卻流體出口通道5和陰極燃料出口通道6；所述陽極室的2b兩端分別與所述陽極燃料進口通道9和陰極燃料出口通道7貫通，所述冷卻板2a的兩端分別與所述冷卻流體進口通道8和冷卻流體出口通道5貫通，所述陰極室2c的兩端分別與所述陰極燃料進口通道7和陽極燃料出口通道4貫通。

所述燃料電池反應本體2還包括密封墊片，所述密封墊片設置於所述冷卻板2a與所述陽極室2b之間、所述陽極室2b與所述質子交換膜2d之間和所述質子交換膜2d與所述陰極室2c之間。

所述陽極燃料出口通道9、所述冷卻流體出口通道5和所述陰極燃料出口通道7均為薄矩形通道，所述箱體3上端設置有上蓋1，所述陽極室2b、所述質子交換膜2d和所述陰極室2c的數量相同，所述箱體3上設置有陽極燃料出口、冷卻流體出口、陰極燃料出口、陰極燃料進口、冷卻流體進口和陽極燃料進口，所述箱體3內部的尺寸大小與所述燃料電池反應本體2的體積大小相匹配，所述燃料電池反應本體與所述箱體3的內壁全面接觸。

實施例一

參照圖1-5，本實施例涉及一種燃料電池反應裝置，在具體使用時；陰極燃料從陰極燃料進口通道7進入陰極室2c(參見圖5)，陽極材料從陽極燃料進口通道9進入陽極室2b(參見圖3)；充分反應後陰極燃料從陰極燃料出口通道6流出(參見圖3)，陽極材料從陽極燃料出口通道4流出(參見圖5)；同時冷卻流體從冷卻流體進口通道8流經冷卻板2a，對陰極室2c和陽極室2b冷卻後從冷卻流體出口通道5流出(參見圖4)。

所述燃料電池反應本體2為「冷卻板2a—陽極室2b—質子交換膜2d—陰極室2c—冷卻板2a—陽極室2b—質子交換膜2d—陰極室2c······」的板式換熱器結構；通過薄矩形通道進行熱量交換和化學反應，極大地提高了熱交換和反應的效率和降低成本投入。

所述陽極室2b、質子交換膜2d、陰極室2c設為n個，冷卻板2a設為n+1個，可根據實際需要進行調整，提高燃料電池的靈活性。

為了防止外物進入燃料電池反應本體2的上端，而導致燃料電池反應本體2的正極和負極直接連通而出現短路的情況，所述箱體3上設有用於蓋合或打開所述燃料電池反應本體2的上蓋1，起到保護燃料電池反應本體2安全的作用。

所述箱體3內部的尺寸大小與所述燃料電池反應本體2的體積大小相匹配，可使燃料電池反應本體2與箱體3的內壁進行全面積接觸，實現燃料電池反應本體2與箱體3無縫接觸目的，降低裝置的抗震性。

對於本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及變形，而所有的這些改變以及變形都應該屬於本實用新型權利要求的保護範圍之內。