一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置的製作方法
2023-05-15 22:32:31 1
專利名稱：一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及燃料電池，尤其涉及一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置。
背景技術：
質子交換膜燃料電池的用途非常廣泛，可以用作電動自行車、助動車、電動汽車及其他運載工具的動力，也可用作發電裝置，如固定式或手提式電源、手機電源等。
目前質子交換膜燃料電池一般都由數個或數十個，甚至幾百個單電池集合成一個燃料電池堆，其中燃料如氫氣、氧化劑如空氣以及冷卻流體如水三者的進通道及出通道集合在燃料電池堆的前端面板上或前、後端面板上。如圖1所示，它是一種通道集合在前端面板上的例子；1、6為燃料進及出口，3、4為氧化劑進及出口，2、5為冷卻流體進及出口。該例中燃料氫氣、氧化劑空氣、冷卻水的進口與出口一般都處於導流板的上、下或左右對角處，如圖2所示。
目前這種燃料電池堆的工程設計有以下許多不足之處1.當燃料剛從入口1進入燃料電池導流板時，濃度比較高，電化學反應速度較快，這樣會產生燃料電池導流板對應的電極在前半部產生較高的電流密度，使溫度較高，而隨著燃料氫氣的消耗，導流板的後半部濃度降低，使相對應的電極產生相對較低的電流密度，溫度也較低。
2.同樣地氧化劑空氣剛進入3入口處時氧的濃度較高，電化學反應速度較快，這樣會產生燃料電池導流板對應的電極在前半部產生的較高的電流密度，並使溫度較高，而隨著空氣沿著導流場從入口向出口流動，氧氣的濃度不斷減少，並且生成的產物水不斷增多嚴重時會在導流板相對應的電極後半部產生水泛濫現象，更加會使電化學反應減慢，從而降低了電流密度。
3.冷卻流體的走向也有這個問題，剛進入2入口處時，溫度較低，出口處5處溫度較高，形成了溫差。
上述三點均形成了共同的缺陷，即燃料氧化劑傳質不均勻，產生電流密度也不均勻，或散熱不均勻形成較大的溫差。
發明內容
本實用新型的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置。
本實用新型的目的可以通過以下技術方案來實現一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，包括一個燃料電池，該燃料電池由多塊導流板疊加，並在其兩端夾裝前、後端板構成，所述的導流板上分別開設有燃料、氧化劑以及冷卻流體通道，在前端板或後端板上與該通道相應的位置分別開設有燃料、氧化劑以及冷卻流體的進、出口，其中每種流體的進口與出口分別處於端板的上、下或左右對角處；其特徵在於，還包括一個切換裝置，該切換裝置設在燃料、氧化劑以及冷卻流體的進、出口處，該切換裝置先使燃料、氧化劑以及冷卻流體從端板的進口處進入，從出口處出來，持續一段時間以後進行切換，再使燃料、氧化劑以及冷卻流體從端板的出口處進入，從進口處出來，如此進行反覆切換。
所述的切換裝置為電磁閥式切換裝置。
所述的切換裝置為活塞式切換裝置。
所述的切換裝置為旋轉式切換裝置。
與現有技術相比，本實用新型由於採用了切換裝置，因此它可以不斷變換燃料電池中燃料氫氣、氧化劑以及冷卻水的進、出口，從而使得進入燃料電池的氫氣、氧化劑濃度比較均勻，電化學反應速度較平緩，電流密度均勻，導流板溫度不會太高，散熱也比較均勻。
圖1為現有燃料電池的流體進、出口結構示意圖；圖2為現有燃料電池的導流板的導流通道結構示意圖；
圖3為本實用新型燃料氫氣進、出口與切換裝置連接後的結構示意圖；圖4為本實用新型氧化劑空氣進、出口與切換裝置連接後的結構示意圖；圖5為本實用新型冷卻水進、出口與切換裝置連接後的結構示意圖；圖6為本實用新型電磁閥式切換裝置的作原理圖；圖7為本實用新型活塞式切換裝置的工作原理圖；圖8為本實用新型旋轉式切換裝置的工作原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
實施例1一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，包括一個由多塊導流板疊加，並在其兩端夾裝前、後端板而構成的燃料電池，該燃料電池的疊加導流板上分別開設有氫氣、空氣以及冷卻水通道，在前端板上與該通道相應的位置分別開設有氫氣、空氣以及冷卻水的進、出口，其中每種流體的進口與出口分別處於端板的上、下或左右對角處；還包括一個電磁閥式切換裝置，如圖3所示，這是一種利用切換裝置使氫氣不斷變換輸氣方向的例子，它利用電磁閥切換裝置先使氫氣從1處進，從6處出，當持續一段時間後(如持續數秒或數分鐘，確切的說，本實施例取30秒為一個持續時間段)，切換裝置換向，再使氫氣從6處進，從1處出，這樣經過反覆切換，變換氫氣的進、出口，使燃料電池中導流板中的氫氣傳質及生成的水分布更均勻。
實施例2一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，包括一個由多塊導流板疊加，並在其兩端夾裝前、後端板而構成的燃料電池，該燃料電池的疊加導流板上分別開設有氫氣、空氣以及冷卻水通道，在前端板上與該通道相應的位置分別開設有氫氣、空氣以及冷卻水的進、出口，其中每種流體的進口與出口分別處於端板的上、下或左右對角處；還包括一個電磁閥式切換裝置，如圖4所示，這是一種利用切換裝置使空氣不斷變換輸氣方向的例子，它利用電磁閥切換裝置先使空氣從3處進，從4處出，當持續一段時間後(如持續數秒或數分鐘，確切的說，本實施例取2分鐘為一個持續時間段)，切換裝置換向，再使空氣從4處進，從3處出，這樣經過反覆切換，變換空氣的進、出口，使燃料電池中導流板中的空氣傳質及生成的水分布更均勻。
實施例3一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，包括一個由多塊導流板疊加，並在其兩端夾裝前、後端板而構成的燃料電池，該燃料電池的疊加導流板上分別開設有氫氣、空氣以及冷卻水通道，在前端板上與該通道相應的位置分別開設有氫氣、空氣以及冷卻水的進、出口，其中每種流體的進口與出口分別處於端板的上、下或左右對角處；還包括一個電磁閥式切換裝置，如圖5所示，這是一種利用切換裝置使冷卻水不斷變換輸氣方向的例子，它利用電磁閥切換裝置先使冷卻水從2處進，從5處出，當持續一段時間後(如持續數秒或數分鐘，確切的說，本實施例取10分鐘為一個持續時間段)，切換裝置換向，再使冷卻水從5處進，從2處出，這樣經過反覆切換，變換冷卻水的進、出口，使燃料電池散熱較均勻，體現在冷卻水溫差較小。
切換裝置可以用以下幾種通過電子自動控制切換的裝置，例如用電磁閥式的控制閥，活塞式的切換閥，以及旋轉式的切換閥，以下是這三種切換裝置的工作原理如圖6所示，一種電磁閥式的切換裝置，當外接流體進入電磁閥時可以先導通A與C的通道而關閉A與D的通道，同時導通D與B的通道關閉B與C的通道，C與D分別與燃料電池的同一流體的入、出口或出、入口相接，當持續一定時間後電磁閥自動切換，將A與C的通道關閉，而導通A與D通道，同時導通B與C通道，關閉B與D的通道，達到燃料電池中流體交叉換向的目的。
如圖7所示，一種活塞式的切換裝置，當活塞M左移將I通道堵住，流體從A處入口經II通道到達D處進入燃料電池，此時活塞N右移將IV通道堵住，從燃料電池流出的流體從C處進入經III通道再從B處出來；持續一段時間後，活塞M右移將II通道堵住，流體從A處入口經I通道從C處進入燃料電池，此時活塞N左移將III通道堵住，流體從D處出燃料電池經IV通道從B處出來。
如圖8所示，一種旋轉式的切換裝置，當外接流體從A處進入，流體經由I通道到達D處出來並進入燃料電池，燃料電池中同一流體從C處進入經由II通道到達B出來，當持續一段時間後，裡面的閥芯旋轉90°，此時外接流體從B處進入，經由II通道從C處出來並進入燃料電池，燃料電池中同一流體從D處進入，經過I通道從A處出來。
以上僅是三種切換裝置的舉例，還有其他切換裝置從原理是以上一種或幾種原理的組合也能達到切換目的，另外，這些切換裝置既可以裝在燃料電池堆外，也可以裝在燃料電池的端面板上，以達到節約空間的目的。
權利要求1.一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，包括一個燃料電池，該燃料電池由多塊導流板疊加，並在其兩端夾裝前、後端板構成，所述的導流板上分別開設有燃料、氧化劑以及冷卻流體通道，在前端板或後端板上與該通道相應的位置分別開設有燃料、氧化劑以及冷卻流體的進、出口，其中每種流體的進口與出口分別處於端板的上、下或左右對角處；其特徵在於，還包括一個切換裝置，該切換裝置設在燃料、氧化劑以及冷卻流體的進、出口處，該切換裝置先使燃料、氧化劑以及冷卻流體從端板的進口處進入，從出口處出來，持續一段時間以後進行切換，再使燃料、氧化劑以及冷卻流體從端板的出口處進入，從進口處出來，如此進行反覆切換。
2.根據權利要求1所述的一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，其特徵在於，所述的切換裝置為電磁閥式切換裝置。
3.根據權利要求1所述的一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，其特徵在於，所述的切換裝置為活塞式切換裝置。
4.根據權利要求1所述的一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置，其特徵在於，所述的切換裝置為旋轉式切換裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種能使燃料電池傳質與散熱均勻的裝置,包括一個燃料電池,該燃料電池由多塊導流板疊加,並在其兩端夾裝前、後端板構成,還包括一個切換裝置,該切換裝置先使燃料、氧化劑以及冷卻流體從端板的進口處進入,從出口處出來,持續一段時間以後進行切換,再使燃料、氧化劑以及冷卻流體從端板的出口處進入,從進口處出來,如此進行反覆切換。與現有技術相比,本實用新型電化學反應速度快而平緩,電流密度均勻,導流板溫度不會太高,散熱也比較均勻。
文檔編號H01M8/04GK2511003SQ01274439
公開日2002年9月11日 申請日期2001年12月26日 優先權日2001年12月26日
發明者胡裡清 申請人:上海神力科技有限公司