[發明專利]一種一扇雙堆式空冷燃料電池

在審

• 申請號: 202211416603.0
• 申請日: 2022-11-13
• 公開（公告）號: CN115632139A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發明（設計）人: 趙晨;王飛;張景然
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: H01M8/04014
• 分類號: H01M8/04014;H01M8/0432;H01M8/04701;H01M8/24
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

本發明涉及一種一扇雙堆式空冷燃料電池，包括兩組空冷燃料電池電堆、風扇組件、送風通道、擾流件及溫度檢測裝置。風扇組件位于整套燃料電池系統中心位置，是驅動電池系統內空氣流場的動力源。兩組電池電堆分別為位于風扇進風側和出風側，擾流件設置于風扇與電堆之間，上述所有部件均由送風通道所連接。一扇雙堆式空冷燃料電池的簡化結構，不僅縮減了電池系統的體積還明顯提升了風扇組件利用率和電池系統的凈輸出。進一步，本發明還通過設置溫度檢測與控制裝置，調節風扇組件旋轉方向，實現所述電堆與風扇的組合交替切換“吹”、“吸”風模式來達到電堆工作溫度的熱平衡，避免電堆過熱受損，提升電堆性能和延長電堆使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種一扇雙堆式空冷燃料電池及其制備方法。

背景技術

空冷燃料電池運行過程中，陰極送風系統迫使空氣進入陰極通道，為其提供了反應氣體的同時還實現了除濕和風冷散熱的效果。而傳統風扇系統的設計方法常常只是利用風扇“吸”與“吹”其中一側氣流擾動的工作模式，存在風扇利用率低，不利于電池整體工作效率提升與內部空間充分利用的問題。

發明內容

實驗表明：風扇的工作距離(風扇與空冷燃料電池堆棧之間的距離)與風扇的吹、吸風工作模式對電堆輸出性能和內部溫度分布均勻性都有著重要影響，即1.當風扇工作距離大于或小于最優工作距離時，電堆性能均會衰減；2.相對于“吹”風模式，風扇在“吸”風模式下空氣流速和流量分布更均勻，將更利于電堆中水、熱平衡和電化學反應速率。

針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種可高效利用風扇流場的作用，進一步提升燃料電池整體凈輸出功率的一扇雙堆式空冷燃料電池。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案；

一種一扇雙堆式空冷燃料電池，包括兩組空冷燃料電池電堆、進風通道、出風通道、風扇組件、擾流件及溫度控制裝置。風扇組件位于整套燃料電池中心位置，是驅動所述電池內整個空氣流場與電池電堆組件傳質、傳熱的動力源。兩風道分別為位于風扇進風側和出風側，擾流件設置于風扇出風側與出風通道之間，由此風扇組件、送風通道擾流件共同組成上述電池的陰極送風系統，而兩組電池電堆分別置于所述送風系統進風口與出風口。上述各組件之間、組件與電池電堆之間密封連接，保證送風系統內的空氣全部經過電堆陰極流道。

在一個實施例中，所述風扇組件位于兩組電池電堆之間，風扇兩側抽吸與吹送作用下引起的空氣流分別流經上述陰極送風系統中的進風口電堆與出風口電堆。

在一個實施例中，所述設置于風扇組件兩側的進風通道和出風通道呈收縮形，其兩側端口分別與方形電池電堆與圓形風扇流道配合并密封連接。

在一個實施例中，所述進風口電堆與出風口電堆設置為環形電堆。

在一個實施例中，所述風扇組件設置于上述陰極送風系統更靠近進風口電堆，所述電池內風扇吸風模式的工作距離小于吹風模式的工作距離。

在一個實施例中，所述進風口電堆功率大于出風口電堆，兩電堆功率比大于12：7。

在一個實施例中，所述出風口電堆的陰極通道做中部寬通道和兩側窄通道的流道設計，改善由風扇發散特性引起的流體分配不均，進而增強電堆性能。

在一個實施例中，所述擾流件設置于風扇吹送氣流側，由此吹風氣流經擾流件擾動后進入送風通道，進一步均勻作用于上述電池出風口側電堆。

在一個實施例中，所述擾流件包括中心固定圓環與多個葉片，葉片分為兩組且逆向均勻分布于中心圓環內外壁面上，所述風扇組件吹送氣流經兩組葉片擾動后形成螺旋式旋渦空氣流，以此增加流向所述電堆的所述空氣流的分布均勻性。

在一個實施例中，溫度控制裝置包括溫度傳感和控制單元，溫度傳感器設置于所述進風口電堆表面，用于監控電池電堆的表面工作溫度，控制單元接收上述傳感器溫度信息控制所述風扇組件旋轉方向。