一种水冷燃料电池堆的密封结构的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是一种水冷燃料电池堆的密封结构。

背景技术：

燃料电池是一种将燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应将燃料化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能，不受卡诺循环效应的限制，因此效率高；另外，燃料电池使用燃料和氧气作为原料，没有机械传动部件，故没有噪声污染，排放出的有害气体极少。燃料电池非常适用于交通运输、固定式发电以及便携式领域。从节约能源和保护生态环境的角度来看，燃料电池是最有发展前途的发电技术。近年来，世界各国都在积极研究将燃料电池作为动力源，应用于汽车领域。

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell)是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只允许H+通过，而H2失去的电子则从导线通过。工作时相当于一直流电源，阳极即电源负极，阴极即电源正极。

如图1所示，典型的水冷质子交换膜燃料电池由膜电极10、阳极流场板20、阴极流场板30组成，膜电极10一般放在两块导电的流场板中间，流场板既作为电流集流板，也作为膜电极10的机械支撑。阳极流场板20的一面为阳极流场21，另一面为冷却流场11，阴极流场板30的一面为阴极流场31，另一面为冷却流场11，阳极流场21和阴极流场31的流道提供燃料、氧化剂进入阳极、阴极参与反应的通道，冷却流场11的流道提供了冷却水经过的通道，以便带走燃料电池运行过程产生的热量。

水冷燃料电池堆由若干组这样的单电池组成，相邻的阳极流场板20和阴极流场板30的冷却面相接触，接触面必须保证密封性能，以防止冷却液泄露。冷却液一旦泄露会导致冷却液减少，燃料电池堆散热性能下降，可能引起电池堆内局部过热甚至烧穿，毁坏电池堆。另一方面，泄露出去的冷却液接触到电池堆外部的线路、电板等零部件，则会导致零部件损坏，影响整个燃料电池堆系统的安全运行。

现有技术中燃料电池堆冷却面密封采用的方法为，将相邻的两个极板以点胶、注胶、丝网印等方式相粘合，或在两个极板之间增加密封圈。其中极板粘合的常见方法为，在冷却流场11的周边加工密封槽12，密封槽12的剖面形状如图2所示，在密封槽12内填充密封胶，将相邻的一个极板重叠覆盖于另一极板上，保持一定的压力，并通过一段时间烘干、固化，形成两极板相互密封的状态。

该方法存在以下问题：1、覆盖重叠后的极板，内部的填充密封胶与外部用于烘干的热空气无法直接接触，只能通过极板材料传导热量，需要耗费比较长的时间，才能使内部的密封胶完全烘干、固化，烘干效率较低；2、相邻极板覆盖后，密封胶内的空气泡无法排除，聚集在密封槽12内，烘干固化后，内部的气泡破灭，导致密封部位可能出现泄露孔，冷却液将会从泄露孔泄露出去。

技术实现要素：

针对以上不足，本实用新型提供了一种水冷燃料电池堆的密封结构，改善了现有密封结构存在的干燥时间长、可能出现泄露孔等问题，能较好地保证极板冷却接触面的密封，提高密封性能。

本实用新型的技术方案为：

一种水冷燃料电池堆的密封结构，所述水冷燃料电池堆包括若干组水冷燃料电池，每组水冷燃料电池包括阳极流场板和阴极流场板，所述阳极流场板和阴极流场板均具有冷却流场，相邻的阳极流场板和阴极流场板的接触面设有密封结构，所述密封结构围绕冷却流场周边，密封结构内部填充密封胶密封，所述密封结构包括点胶台、溢胶槽和通风槽，所述溢胶槽对称地设置于点胶台两侧，所述通风槽一端与溢胶槽相连，另一端通向极板边缘或冷却流场的进出口边缘。

所述溢胶槽的截面形状为矩形或梯形或圆弧形。

所述点胶台的宽度w1为1.8mm-3mm。

所述溢胶槽的宽度w2为0.8mm-1mm。

所述点胶台的高度h1与溢胶槽的深度h2的关系为：h1≤h2。

所述点胶台的高度h1为0.2mm-0.4mm，溢胶槽的深度h2为0.2mm-0.5mm。

所述通风槽的形状为直线形或Y形或S形。

所述通风槽的宽度w3为1mm-2mm。

所述通风槽的深度与溢胶槽的深度相同。

所述通风槽的中心线间距f为6mm-10mm。

本实用新型的密封结构由点胶台、溢胶槽、通风槽构成，溢胶槽位于点胶台的两侧，溢胶槽给密封胶内的气泡提供了空间，保持点胶台密封面完整，减小了出现泄露孔的风险。通风槽连接溢胶槽和极板边缘/冷却流场进出口边缘，烘干用热空气通过通风槽直达密封胶，与密封胶直接接触，缩短烘干所需时间，提高粘合效率。同时，由于点胶台与溢胶槽的总宽度大于现有技术中的密封槽宽度，本实用新型的密封结构有效粘合面的面积更大，粘合更为牢固，粘合效果好。最后，两侧溢胶槽的总宽度小于现有技术中的密封槽宽度，使得本实用新型的密封结构所需要密封胶的用量更少，有利于降低密封成本。

附图说明

图1现有技术水冷燃料电池的剖面图；

图2现有技术密封槽的剖面图；

图3为本实用新型密封结构的正视图；

图4为本实用新型密封结构的剖面图；

图5为本实用新型梯形溢胶槽的剖面图；

图6为本实用新型圆弧形溢胶槽的剖面图；

图7为本实用新型Y形通风槽的正视图；

图8为本实用新型S形通风槽的正视图；

图9为带有现有技术密封槽的极板密封烘干后的效果图；

图10为带有本实用新型密封结构的极板密封烘干后的效果图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

本实用新型的水冷燃料电池堆，包括若干组水冷燃料电池，每组水冷燃料电池包括阳极流场板20和阴极流场板30，阳极流场板20和阴极流场板30均具有冷却流场11，相邻的阳极流场板20和阴极流场板30的接触面为冷却流场11，为了防止冷却液泄露，接触面设置有密封结构，以保证冷却液仅在冷却流场11的流道内流动，对水冷燃料电池堆工作过程提供循环冷却。

参考图3，所述密封结构围绕冷却流场11周边，密封结构包括点胶台13、溢胶槽14和通风槽15，溢胶槽14对称设置于点胶台13的两侧，通风槽15一端与溢胶槽14相连，另一端通向极板边缘16或冷却流场11的进出口边缘17。密封结构内部填充密封胶，使相邻的阳极流场板20和阴极流场板30之间呈密封状态。

溢胶槽14对称设置于点胶台13的两侧，当把相邻的两块极板重叠扣合时，如果密封胶中存在空气泡，空气泡被挤压到两侧的溢胶槽14中，使点胶台13的接触面形成完整的密封面，防止产生泄露孔。通风槽15一端连接溢胶槽14和点胶台13，另一端连接极板边缘16或冷却流场11的进出口边缘17，当使用烘干设备烘干密封胶时，热空气从外部通过通风槽15直达密封胶，使密封胶快速干燥，缩短烘干所需时间，提高烘干粘合效率。

如图2所示，现有技术的填充型密封槽12宽度w为2mm-3mm，深度h为0.2mm-0.4mm。如图4所示，本实用新型的点胶台13的宽度w1为1.8mm-3mm，高度h1为0.2-0.4mm，溢胶槽14的宽度w2为0.8mm-1mm，深度h2为0.2mm-0.5mm，点胶台13的高度h1与溢胶槽14的深度h2的关系为：h1≤h2。由于w1+2w2>w，对于相同外观尺寸的极板，本实用新型的密封结构的有效粘合面积更大，粘合更牢固；由于h1≤h2，密封胶更多地集中于溢胶槽14中，而w2<w/2，本实用新型的密封胶用量更少，有利于降低水冷燃料电池堆的制造成本。

图4的溢胶槽14的截面形状为矩形，溢胶槽14的截面形状也可以是梯形或圆弧形，如图5和图6所示，梯形或圆弧形的溢胶槽14，更有利于空气泡或密封胶在密封槽14内流动。

图4的通风槽15的形状为直线形，通风槽15的形状也可以是Y形或S形，如图7和图8所示，Y形的通风槽15具有更多通向溢胶槽14的开口，能使热空气更加均匀地流向密封胶，加快干燥过程；S形的通风槽路径较长，给热空气以缓冲距离，间接给密封胶体加热，加热效果更加均匀。通风槽15的宽度w3为1-2mm，深度与溢胶槽14的深度相同，通风槽15的中心线间距f为6-10mm，通风槽15长度l根据靠近极板边缘16的溢胶槽14到极板边缘16的距离、或者靠近进出口边缘17的溢胶槽14到进出口边缘17的距离而定。

以下为本实用新型的水冷燃料电池堆的密封结构实施例和实验结果：

点胶台13宽度w1取值1.8mm，高度h1取值0.3mm；溢胶槽14宽度w2取值0.6mm，深度h2取值0.5mm；通风槽宽度w3取值1.2mm，深度取值0.5mm，中心线间距f取值8mm。

经过实验，现有技术的填充型密封槽极板烘干后照片如图9所示，本实用新型密封结构的极板烘干后照片如图10所示，图中覆盖板为透明钢化玻璃，白色絮状为空气泡。可以看到，两种情况下，密封有效面都有大量气泡产生，但现有技术的密封槽12内填充有大量的气泡，直接影响到了极板结合面的密封效果。而本实用新型的带溢胶槽14的密封结构的极板上，气泡基本都被挤压进两侧的溢胶槽14内，而点胶台13上几乎没有气泡，形成了有效的密封结合面。在干燥时间上，本实用新型的烘干时间缩短10-20％，提高了干燥效率，缩短了水冷燃料电池堆的制造工期。

以上公开的仅为本实用新型的实施例，但是，本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。