本发明专利技术涉及一种多功能紧固夹具，该多功能紧固夹具确保通过燃料电池堆产生的电流的传输、燃料电池堆的工作流体的不同管道和通道开口的绝缘以及堆自身的紧固。每个夹具包括单个部件，该部件的上表面和侧面除了导电部以外涂覆有绝缘材料。类似地，供给和排出开口（２３）同样是绝缘的。然而，紧固表面（２９）至少在与堆的端部的上表面的导电区域对应的预定区域上，涂覆有导电淀积物。本发明专利技术可以用在ＰＥＭ（质子交换膜）燃料电池中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及燃料电池领域，该燃料电池的工业应用可以是不动的应用或者专门用于运输。固定的或不动的用途例如涉及到医院或其它服务性建筑，对于这些医院或服务性建筑而言， 必须消除电力供应中断的可能性。此外，相对于运输事务的用途而言，涉及到诸如公共汽车和地铁列车之类的城市公共运输车辆的推进。
技术介绍
燃料电池是直接将燃料的化学能转化为电能的电化学装置。这种电化学发电机的工作原理在于水的电化学合成反应。许多燃料电池由一连串的也被称为电化学电池的单元节(d' etages SlSmentaires)组成，每个单元节包括由两个电极即阳极和阴极组成的基本元件，这两个电极连续地接收氧化剂(例如空气或氧气)和燃料(例如氢气)，这两种气体成分通过用作电解质的离子交换膜而保持分开。在质子交换膜类型的燃料电池的情况下，在阳极处，燃料进行催化氧化以释放质子和电子。产生的电子沿着外电路循环，同时质子从电解质朝向阴极输送，在阴极处，质子与电子和氧结合。这种阴极还原伴随着水的产生并在两个电极之间形成电位差。数种类型的燃料电池共存，它们的不同在于电解质的特性和燃料电池的工作温度。对于以“低”温(低于100°c的温度)工作的燃料电池，最先进的技术是通过聚合物电解质燃料电池来实施的。这里做出的本专利技术使用PEM(质子交换膜)燃料电池，该燃料电池的聚合物电解质是质子交换膜。燃料电池芯由一组单元电化学电池组成，这些单元电化学电池以足够的数量彼此上下堆叠，以便获得理想的电压和电流值。燃料电池芯的单元电池的这种堆叠通常称为“堆”。在图1中，PEM燃料电池的每个单元电池由两个隔板1组成，这两个隔板布置在称为“EME”的电极/薄膜/电极组件2的两侧，确保反应气体的供应。EME组件2包括离子交换电解膜3和两个气体扩散催化电极即阳极4和阴极5，该阳极和阴极各自由活性层4A和 5A以及扩散层4B和5B组成。在阳极4处，氢气在通过扩散层4B扩散之后，在活性层4A中被催化氧化而产生质子和电子。电子沿外电路朝向阴极5运行，同时电解膜3确保从阳极 4朝向阴极5转运质子，而且还要确保将反应气体分开。在阴极5处，氧气因此进行催化还原，并且与质子和电子再次结合而产生水。在PEM型燃料电池的单元电池堆中，单级板或双极板1还具有以下功能分配反应气体(即氢气和来自空气中的氧气)、热传导、收集产生的电子以及排出包括水的反应产物。每个单级板或双极板通过该单级板或双极板的一个面与具有N排EME组件2的阳极4 接触，并且另一个面与具有N+1排组件的阴极5接触。而且，在每个单级板或双极板1上具有气体循环通道6和冷却流体循环通道7。因此，需要将组成燃料电池堆的所有这些元件的集合(包括单级板或双极板1以及EME组件幻进行机械组装。如图2所示，在对堆10进行机械紧固之前，该集合需要在堆10的两侧加装不同的元件。这些元件是集电器11，该集电器执行电流收集功能并且与单级板或双极板相对；集电器11的紧固夹具12，该紧固夹具电绝缘或者未电绝缘地放置在堆10的端部；以及延伸部13，该延伸部使得能够供给反应气体、冷却液并且从堆10排出通过电化学反应而产生的水。还必需确保集电器11和夹具12与反应气体隔绝，这些反应气体可能会对集电器和夹具的构成材料造成损害。紧固夹具12以及集电器11被刺穿，以便使延伸部13插入到与对应的集电器相对地在单级板或双极板中机加工出的岐管。最后，堆的紧固功能通过使用拉杆来完成，这些拉杆插入在夹具12中机加工出的孔内，并且在堆的最后组装期间根据期望的拉紧应力而被拉紧到预定扭矩。此外，在紧固夹具12不起电绝缘作用的情况下，套管(grommet)可以确保拉杆 (未示出)与紧固夹具12之间的电绝缘。因此，这种装置需要组装数个部件，每个部件各自在堆中执行特定功能，尤其是电流的收集、电绝缘、反应气体和冷却液的供给和排出，以及堆的紧固。因此，多个部件的这种组装具有的缺点是，由于产生尺寸约束而使堆的设计及其组装和紧固变得复杂。因此，本专利技术的目的是通过尝试简化堆的组装和紧固来克服这些缺点，以便降低成本并且减轻由于将数个部件形成的集合组装在一起而产生的机械约束。
技术实现思路
本专利技术的构思意在确保通过简单的多功能部件来实现这最后四个列出的功能，即导电、电绝缘、气体和冷却流体的供给和排出，以及机械紧固。结果，本专利技术的主要目的是用于燃料电池的单体式紧固夹具，该单体式紧固夹具用以通过紧固表面来确保燃料电池元件形成的堆的紧固，该堆的端面具有预定的导电区域和预定的电绝缘区域。根据本专利技术，紧固夹具的下表面在与堆的端面的绝缘区域对应的预定区域上覆盖有绝缘材料，并且紧固夹具的表面在与堆的端面的非绝缘区域对应的区域覆盖有导电材料，并且根据本专利技术的紧固夹具有利地还包括覆盖有以下材料的供给开口，该材料容许使用反应气体和水并且优选是电绝缘的。在这种情况下，优选地提供旋入供给开口内的连接器。优选地，电绝缘材料是氟化树脂，导电材料是银。附图说明通过阅读附加有若干附图的如下描述，将能更好地理解本专利技术及其特征，所述附图分别示出了图1是已经描述过的关于燃料电池的操作的图；图2是已经描述过的现有技术的燃料电池堆的实施例的横截面；图3是使用了根据本专利技术的紧固夹具的燃料电池堆的等轴测图；图4是根据本专利技术的紧固夹具的等轴测俯视图5是根据图4的专利技术的相同紧固夹具的等轴测俯视图，该紧固夹具装备有连接器；以及图6是根据本专利技术的相同的紧固夹具的等轴测仰视图。 具体实施例方式根据图3，可以理解根据本专利技术的紧固板的使用。实际上，显示了燃料电池。该燃料电池主要包括上下叠置的燃料电池的单元电池形成的堆。该堆通过下部紧固夹具211和上部紧固夹具21S来保持紧固，下部紧固夹具211和上部紧固夹具21S这二者自身以通常方式通过配备有拉紧器件的数个拉杆22来紧固。下部紧固夹具211和上部紧固夹具21S 这二者是单件式的，即各自由单个部件制成。上部紧固夹具21S的上部以及该夹具的未与隔板接触的大致整个表面区域覆盖有电绝缘材料。在上部紧固夹具21S的该上部中示出的元件是供给和排出开口 23以及中心导电部25，这些供给和排出开口位于该上部的两侧，并且用以供给和排出各种工作流体， 即燃料、产生的水以及任何冷却流体，中心导电部25用于引出在堆20中产生的电。拉杆22可以事先配备有动力学衬垫，该动力学衬垫使得可以吸收堆的一部分几何变化。实际上，衬垫即使例如由于堆的各种材料的热膨胀而进行大的几何变化，在拉紧期间施加的应力中仅经历小的变化。因此，根据期望的拉紧应力计算所使用的衬垫的数量，并且每个螺钉上所使用的衬垫的数量相等，以便在整个堆上施加一致的拉紧应力。图4示出了这种上部紧固夹具的更详细的视图。通常，紧固夹具可以由导电材料制成，原则上至少每个紧固夹具的与紧固表面相对的整个上表面(除中心导电部25以外) 以及侧表面覆盖有电绝缘材料，或者由电绝缘材料制成。 为了能够覆盖供给和排出孔23，所使用的电绝缘材料还必须与反应气体例如在阳极的氢气和在阴极的空气或氧气的使用兼容，并且与水兼容，无论是冷却水还是通过在燃料电池堆中进行的化学反应所产生的水。结果，由于紧固夹具通过在各种管道中淀积电绝缘材料而与所述流体绝缘，从而不需要延伸部，所述紧固夹具的构成材料不必须与上述流体兼容。因此，紧本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于燃料电池的单件式紧固夹具，该紧固夹具用以通过紧固表面（２９）来确保所述燃料电池的组成元件形成的堆，所述堆具有端面，该端面具有预定的导电区域和预定的电绝缘区域，其特征在于，所述紧固夹具的下表面在与所述堆的所述端面的所述绝缘区域对应的预定区域上覆盖有电绝缘材料，并且在所述紧固表面（２９）的导电表面（２８）上覆盖有导电材料，所述导电表面（２８）对应于所述堆的所述端面的非绝缘区域；并且供给和排出开口（２３）覆盖有容许使用所使用的反应气体和在燃料电池的操作期间所使用的水的材料。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：瓦勒里·肖德龙，
申请(专利权)人：赫利恩公司，
类型：发明
国别省市：FR
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