專利名稱：一種變流道低溫低壓長方形燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于新能源領(lǐng)域，涉及燃料電池技術(shù)，具體涉及一種變流道低溫低壓長方形燃料電池，可應(yīng)用于燃料電池電動汽車。
背景技術(shù)：
近年來，由于石油資源的日趨緊張和環(huán)境污染的問題，電動汽車已經(jīng)開始向產(chǎn)業(yè)化方向邁進(jìn)。在各種電動汽車中，燃料電池電動汽車具有節(jié)能、環(huán)保和能源利用效率高的優(yōu)點(diǎn)，成為發(fā)達(dá)國家和各大汽車生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)競爭的目標(biāo)。目前已有不少展示或示范的燃料電池電動汽車開發(fā)出來進(jìn)行試驗(yàn)。在燃料電池技術(shù)中，為了適于汽車裝載使用，車用燃料電池均采用模塊式的長方形分組裝配方法。因此，每塊長方形燃料電池生產(chǎn)用的碳極板上開槽供氣體流通。兩塊碳極板壓緊后，槽口的接觸面積就是燃料電池的有效工作面積。有效工作面積的大小在一定程度上就決定燃料電池的功率。經(jīng)文獻(xiàn)檢索，現(xiàn)有燃料電池中的氣體流道均為有方形槽，方形槽與不開槽的實(shí)體部分為等分布置設(shè)計。目前，大多數(shù)燃料電池的結(jié)構(gòu)都比較簡單，存在如下一些不足或缺點(diǎn)第一，由于碳極板為脆性材料，為了不影響碳極板的強(qiáng)度，碳極板所開方形槽口不可能加大；第二，方形槽截面積處處相等，使氣體流道前端氣壓較高，容易使交換膜變形，甚至破裂，而氣體流道后端氣壓較低，致使氣體流速變得很慢，影響工作效率；第三，等截面流道沒有考慮到氣體的工作效率和氣體利用率等因素，因此交換膜各處的工作條件不一致，降低了整個燃料電池的工作能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是針對上述問題，提出一種新型的變流道低溫低壓長方形燃料電池，該電池增大了流道體積，提高了結(jié)構(gòu)利用率，增加了燃料電池的有效工作面積，有效解決了燃料電池內(nèi)部工作不不均勻性的難題，并提高了交換膜的可靠性。本發(fā)明的技術(shù)方案是所述的變流道低溫低壓長方形燃料電池，包括位于上方的進(jìn)氣管連接板和位于下方的排氣管連接板，所述進(jìn)氣管連接板和排氣管連接板之間緊壓有至少兩塊上下平行分布的碳極板，且每相鄰的兩塊碳極板之間均夾有交換膜，每塊碳極板的上表面和下表面均制有若干條相互平行的且截面呈矩形的槽道，沿所述槽道的長度方向、所述槽道的深度逐漸由深變淺，且每塊碳極板上表面槽道的深度變化方向與下表面槽道的深度變化方向相反。作為優(yōu)選，所述槽道上任一槽底位置的深度h = 1. 5-0. 5 X (y/L)mm,其中h表示所述槽道上任一槽底位置的深度，y表示所述槽底位置距離槽道較深端的距離，L表示槽道的總長度。作為優(yōu)選,每塊碳極板的上表面和下表面均制有一條進(jìn)氣道和一條排氣道，每塊碳極板上表面的進(jìn)氣道和排氣道均與該塊碳極板上表面的所有槽道相連通，每塊碳極板下表面的進(jìn)氣道和排氣道均與該塊碳極板下表面的所有槽道相連通，所述進(jìn)氣道具有進(jìn)氣孔，所述排氣道具有排氣孔。作為優(yōu)選，所述進(jìn)氣管連接板上開設(shè)有同側(cè)布置的空氣進(jìn)氣管螺紋孔和燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔，所述排氣管連接板上開有同側(cè)布置的空氣排氣管螺紋孔和燃料氣體排氣管螺紋孔。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是第一，本發(fā)明的燃料電池改變了傳統(tǒng)燃料電池碳極板的方形槽等截面流道結(jié)構(gòu)，而采用變截面的方形流道結(jié)構(gòu)，沒有影響方形槽底處碳極板的厚度，在不影響碳極板的強(qiáng)度的情況下，增大了流道體積；第二，相鄰兩塊碳極板壓緊后，本燃料電池碳極板結(jié)構(gòu)氣體變流道考慮了燃料電池內(nèi)部的工作狀態(tài)，提高了燃料電池的功率；第三，本發(fā)明的燃料電池中，連接板的一邊開單側(cè)螺紋孔作為進(jìn)入氣體分配結(jié)構(gòu)，另一邊開單側(cè)螺紋孔作為排入氣體結(jié)構(gòu)，在不影響方形槽底處碳極板厚度的情況下，提高了結(jié)構(gòu)利用率，提高了交換膜的可靠性和燃料電池的工作穩(wěn)定性；第四、燃料電池進(jìn)氣管連接板上開單側(cè)螺紋孔作為進(jìn)入氣體分配結(jié)構(gòu)，便于裝配。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步介紹圖1是本發(fā)明實(shí)施例中碳極板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例中相鄰兩塊碳極板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例中進(jìn)氣管連接板和排氣管連接板的結(jié)構(gòu)示意圖；其中1碳極板，1-1槽道，1-2進(jìn)氣道，1-2-1進(jìn)氣孔，1-3排氣道，1-3-1排氣孔，2交換膜，3進(jìn)氣管連接板，3-1空氣進(jìn)氣管螺紋孔，3-2燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔，4排氣管連接板，4-1空氣排氣管螺紋孔，4-2燃料氣體排氣管螺紋孔，5螺栓連接孔。
具體實(shí)施例方式如如圖I、圖2和圖3所示，本實(shí)施例的變流道低溫低壓長方形燃料電池包括位于上方的進(jìn)氣管連接板3和位于下方的排氣管連接板4，所述進(jìn)氣管連接板3和排氣管連接板4之間緊壓有至少兩塊(圖I中只示出了兩塊)上下平行分布的碳極板1，且每相鄰的兩塊碳極板I之間均夾有交換膜2，每塊碳極板I的上表面和下表面均制有若干條相互平行的截面呈矩形的槽道1-1，槽道1-1作為氣體流道，以供氣體流通。進(jìn)氣管連接板3、排氣管連接板4以及各塊碳極板I上均制有八個螺栓連接孔5，從而通過螺栓將它們連接在一起。與傳統(tǒng)燃料電池相比，本實(shí)施例燃料電池的最大特點(diǎn)在于沿所述槽道1-1的長度方向、所述槽道的深度逐漸由深變淺，且每塊碳極板上表面槽道的深度變化方向與下表面槽道的深度變化方向相反一即對于同一塊碳極板而言，如果其上表面槽道的深度自左向右逐漸變淺，那么其下表面槽道的深度自左向右就逐漸變深。采用這種結(jié)構(gòu)后，可在不影響碳極板強(qiáng)度的情況下，增大了流道體積；上下相鄰的兩塊碳極板I壓緊后，本燃料電池碳極板結(jié)構(gòu)氣體變流道考慮了燃料電池內(nèi)部的工作狀態(tài)，提高了燃料電池的功率；作為優(yōu)選，所述槽道1-1上任一槽底位置的深度h = I. 5-0. 5 X (y/L)mm。其中h表示所述槽道上任一槽底位置的深度，I表示所述槽底位置距離槽道較深端的距離，L表示槽道的總長度。也就是說，槽道1-1較深端的深度為I. 5mm，較淺端的深度為1mm，從槽道的較深端至槽道的較淺端，槽道的深度逐漸由深變淺，并滿足h = I. 5-0. 5X (y/L)mm，另外采 用上下氣體對流技術(shù)設(shè)置上表面和下表面的槽道變化方向相反。如圖I所不,每塊碳極板I的上表面和下表面均制有一條進(jìn)氣道1-2和一條排氣道1-3。每塊碳極板上表面的進(jìn)氣道1-2和排氣道1-3均與該塊碳極板上表面的所有槽道1-1相連通，每塊碳極板下表面的進(jìn)氣道1-2和排氣道1-3均與該塊碳極板下表面的所有槽道1-1相連通，所述進(jìn)氣道具有進(jìn)氣孔1-2-1，所述排氣道具有排氣孔1-3-1。如圖3所示，本例在所述進(jìn)氣管連接板3開設(shè)有空氣進(jìn)氣管螺紋孔3-1和燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔3-2，且空氣進(jìn)氣管螺紋孔3-1和燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔3-2開在所述進(jìn)氣管連接板3的同一側(cè)。所述排氣管連接板4上開有空氣排氣管螺紋孔4-1和燃料氣體排氣管螺紋孔4-2，且空氣排氣管螺紋孔4-1和燃料氣體排氣管螺紋孔4-2開在排氣管連接板4的同一側(cè)。實(shí)施時，將空氣進(jìn)氣管與空氣進(jìn)氣管螺紋孔3-1相連接，將燃料氣體進(jìn)氣管與燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔3-2相連接，將空氣排氣管與空氣排氣管螺紋孔4-1相連接，將燃料氣體排氣管與燃料氣體排氣管螺紋孔4-2相連接。工作時，將低壓燃料氣體通入燃料氣體進(jìn)氣管，燃料氣體經(jīng)過燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔3-2流入相應(yīng)進(jìn)氣孔1-2-1，接著流入各碳極板上表面的進(jìn)氣道1-2，分配流入碳極板上表面的槽道1-1 ;同時，同理將低壓空氣通入空氣進(jìn)氣管，空氣經(jīng)過空氣進(jìn)氣管螺紋孔3-1流入相應(yīng)進(jìn)氣孔1-2-1，接著流入各碳極板下表面的進(jìn)氣道，分配流入碳極板下表面的槽道1-1 ;在相鄰碳極板上下正弦形槽道1-1中流動的燃料氣體和空氣中的氧氣，經(jīng)過碳極板中間夾有交換膜2的作用，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的水蒸氣與沒有完全反應(yīng)的燃料氣體流到排氣道1-3，最終集中到排氣孔1-3-1經(jīng)與燃料氣體排氣管螺紋孔4-2相連接的燃料氣體排氣管，流出本長方形燃料電池；同理在各碳極板下方的正弦形槽道中，產(chǎn)生的水蒸氣與沒有完全剩余空氣一起流到排氣道，再集中到排氣孔經(jīng)與空氣排氣管螺紋孔4-1相連接的空氣排氣管，流出本長方形燃料電池。在交換膜上產(chǎn)生的電子集中到排氣管連接板4形成大量電荷,對外輸出一定電壓和電流的電量。當(dāng)然，上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓人們能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變流道低溫低壓長方形燃料電池，包括位于上方的進(jìn)氣管連接板(3)和位于下方的排氣管連接板(4)，所述進(jìn)氣管連接板(3)和排氣管連接板(4)之間緊壓有至少兩塊上下平行分布的碳極板(I)，且每相鄰的兩塊碳極板(I)之間均夾有交換膜(2)，每塊碳極板(I)的上表面和下表面均制有若干條相互平行的且截面呈矩形的槽道(1-1)，其特征在于沿所述槽道(1-1)的長度方向、所述槽道(1-1)的深度逐漸由深變淺，且每塊碳極板上表面槽道的深度變化方向與下表面槽道的深度變化方向相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的變流道低溫低壓長方形燃料電池，其特征在于所述槽道(1-1)上任一槽底位置的深度h = I. 5-0. 5 X (y/L)mm ； 其中h表示所述槽道上任一槽底位置的深度，y表示所述槽底位置距離槽道較深端的距離，L表示槽道的總長度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的變流道低溫低壓長方形燃料電池，其特征在于每塊碳極板(I)的上表面和下表面均制有一條進(jìn)氣道(1-2)和一條排氣道(1-3),每塊碳極板上表面的進(jìn)氣道(1-2)和排氣道(1-3)均與該塊碳極板上表面的所有槽道(1-1)相連通，每塊碳極板下表面的進(jìn)氣道(1-2)和排氣道(1-3)均與該塊碳極板下表面的所有槽道(1-1)相連通，所述進(jìn)氣道(1-2)具有進(jìn)氣孔(1-2-1)，所述排氣道(1-3)具有排氣孔(1-3-1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的變流道低溫低壓長方形燃料電池，其特征在于所述進(jìn)氣管連接板(3)上開設(shè)有同側(cè)布置的空氣進(jìn)氣管螺紋孔(3-1)和燃料氣體進(jìn)氣管螺紋孔(3-2)，所述排氣管連接板(4)上開設(shè)有同側(cè)布置的空氣排氣管螺紋孔(4-1)和燃料氣體排氣管螺紋孔(4-2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變流道低溫低壓長方形燃料電池，它包括位于上方的進(jìn)氣管連接板和位于下方的排氣管連接板，所述進(jìn)氣管連接板和排氣管連接板之間緊壓有至少兩塊上下平行分布的碳極板，且每相鄰的兩塊碳極板之間均夾有交換膜，每塊碳極板的上表面和下表面均制有若干條相互平行的且截面呈矩形的槽道，沿所述槽道的長度方向、所述槽道的深度逐漸由深變淺，且采用對流技術(shù)設(shè)置上表面和下表面的槽道變化方向相反。本發(fā)明的燃料電池增大了流道體積，提高了結(jié)構(gòu)利用率，增加了燃料電池的有效工作面積，有效解決了燃料電池內(nèi)部工作不不均勻性的難題，并提高了交換膜的可靠性。
文檔編號H01M8/02GK102623730SQ20121011887
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者田冬玉, 鄒海榮 申請人:上海電機(jī)學(xué)院