[發明專利]新型燃料電池堆冷卻水流道板及其電池組

在審

• 申請號: 201710477813.3
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107123820A
• 公開（公告）日: 2017-09-01
• 發明（設計）人: 徐鑫;韓冬林;周江東
• 申請（專利權）人: 天津中德應用技術大學
• 主分類號: H01M8/026
• 分類號: H01M8/026;H01M8/2465
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司12107
• 代理人: 李文洋

技術領域

本發明涉及燃料電池技術領域，尤其涉及一種新型燃料電池堆冷卻水流道板及其電池組。

背景技術

燃料電池是一種可以將儲存在燃料中的化學能通過電化學反應直接轉化為電能的電化學裝置。質子交換膜燃料電池是屬于低溫燃料電池,工作溫度一般在40-80℃，其能量轉化效率較高(40％-60％)，環境友好性強,具有噪聲低,啟動快,無腐蝕,制備容易和使用壽命長等優點。

燃料電池工作時,氫氣或其他燃料輸入到陽極,并在電極和電解質的界面上發生氫氣或其他燃料氧化與氧氣還原的電化學反應,產生電流,輸出電能。電化學反應過程中會產生化學反應熱，使燃料電池內部升溫，而溫度又會影響到燃料電池的發電效率；為了使燃料電池維持在高效發電的溫度范圍內，需要采用冷卻工質降低膜電極組件的溫度。如何設計水流道,使其冷卻效果好且效率提高是目前的熱點問題。目前,水流道一般設置為蛇形流道，換熱效果隨著水流方向逐漸減弱。“質子交換膜燃料電池的金屬復合雙極板”CN1416184A在氫、氧流場板上加工出溝槽式流道，冷卻液流場則是在陽極單極板和陰極單極板組合后形成，沒有設置單獨的冷卻液流場，且雙極板組件相對較厚且較重，影響了燃料電池堆的重量和容積效率。“一種質子交換膜燃料電池金屬雙極板”CN101572318將陰極單極板分配區上每個凸臺背面的凹坑與陽極單極板分配區上的凸臺背面的凹坑呈交錯排列,凹坑與凹坑相對搭接的部分構成連續串聯的水流分配流道,此外，再加上兩片單極板平行流道部分的背面溝槽，組成完整的水流流道；但是由于這種水流流道的構建方法需要特殊設計的氣體分配區和氣體流場類型,制約了其應用范圍。“燃料電池堆水流道”CN106207223A提出了燃料電池堆水流道由多個流道并聯相通,水流進入電堆經過進口進行分流后同時從多個流道流通,并從出口流出，其整個水路都是電池堆的冷卻系統；但是水從同側流入流出，存在異程水力失調的可能性。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術的不足，而提供一種新型燃料電池堆冷卻水流道板及其電池組，解決通常狀態下單進單出的水流道水冷達不到冷卻要求的問題、并解決異程輸水可能導致的水力失調問題。

本發明為實現上述目的，采用以下技術方案：

一種新型燃料電池堆冷卻水流道板，其特征在于：包括水流道板，所述水流道板的四周分布有緊固螺栓以及相應的螺栓座，所述水流道板的左側依次設有氫氣輸入總通道孔和空氣輸入總通道孔，與所述氫氣輸入總通道孔和空氣輸入總通道孔對應的水流道板的右側分別設有氫氣輸出總通道孔和空氣輸出總通道孔；所述水流道板的上部設置有入口并聯流道，下部設置有出口并聯流道，所述入口并聯流道和出口并聯流道分別與設置在水流道板內的分水流道及水流道相連通，每一個入口并聯流道和出口并聯流道分別連接4～8道分水流道，所述分水流道與所述水流道之間設置有第一分流圓柱。

優選地，所述氫氣輸入總通道孔和空氣輸入總通道孔的一側分別設置有分流擋板和第二分流圓柱。

優選地，所述水流道深度為0.8mm～1.5mm。

一種新型燃料電池組，其特征在于：該電池組包括權利1-3內所述的冷卻水流道板，與氫極板、質子交換膜及氧極板進行疊放組合成電池組，通過緊固螺栓進行連接，燃料電池組最外側分別為氫極板封裝板和氧極板封裝板，用以封裝整體燃料電池組。

優選地，所述電池組的疊放順序為氫極板、質子交換膜、氧極板、冷卻水流道板、氫極板、質子交換膜、氧極板，依次疊加，最外側由氫極板封裝板和氧極板封裝板進行封裝。

本發明的有益效果是:燃料電池冷卻水流道由多個流道并聯相通,水流通過分水器進入各進口并聯流道，通過進口并聯流道分流后進入水流道板，進而進行進一步分流，再同時從多個出口并聯流道流出，最終匯集至異側集水器。本方案單獨設置了冷卻水流場，燃料電池的安全運行得到了進一步的提升；本方案提出的水流道形式可以與不同形式的金屬雙極板進行組合，應用范圍較廣；本方案設置多通道并聯水流道，解決了通常狀態下單進單出的水流道水冷達不到冷卻要求的情況；本方案設置同程水流道，解決了水流道內異程水力失調的問題，使每條水流道內充滿水。總而言之，本發明所提出的燃料電池冷卻水流道及設置方法可以更為有效地將電化學反應中的產生的多余熱量帶走，進而提升燃料電池的發電效率。

附圖說明

圖1為燃料電池冷卻水水流道板平面圖；

圖2為燃料電池組軸示示意圖；

圖3為燃料電池冷卻水流道流程圖；

圖4為燃料電池冷卻水流道軸示示意圖。

具體實施方式