CN105914385A - 大功率水冷电堆结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大功率水冷电堆结构，包括发电单元和上下两侧的尾板，所述尾板上设计有阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口，发电单元包括双极板，所述电堆的左右两侧设置有阀体结构，所述阀体结构集成电堆的阴极入口、阴极出口的气体通道，在电堆的左右两侧形成阴极进口阀体、阴极出口阀体。所述大功率水冷电堆结构通过增大阴极进口面积，降低风阻，使得阴极回路的压降下降，气体分布也更加均匀。

Description

大功率水冷电堆结构
技术领域
本发明涉及电力行业的电力装置，尤其是涉及一种大功率水冷电堆结构。
背景技术
典型的水冷电堆由膜电极、阴极流场板、阳极流场板组成一个发电单元，膜电极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，也作为膜电极的机械支撑，流场板上的流道又是燃料与氧化剂、冷却剂进入阳极、阴极、冷却表面的通道，并作为带走燃料电池运行过程中生成水的通道,如上图所示。
多个发电单元串联在一起，然后加上封装设计，组成一个完整的电堆，单元数越多，电堆的输出功率越大。结构如图1所示，一般包括尾板1、尾板2、发电单元，其中尾板1上设计有阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口，图2是图1中的一般电堆主体结构示意图。
随着电堆片数的增加，电堆的阴极需要空气的流量也随之增大，需要增大阴极入口、出口的尺寸，避免因通径小而引起过大的压力损失。
发明内容
本发明提供了一种大功率水冷电堆结构，解决了大功率水冷电堆的阴极压力入口、出口设计受限于尾板尺寸，导致阴极气体压力损失过大以及引起电堆内部各发电单元气体分布不均匀的问题，其技术方案如下所述：
一种大功率水冷电堆结构，包括发电单元和上下两侧的尾板，所述尾板上设计有阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口，发电单元包括双极板，所述电堆的左右两侧设置有阀体结构，所述阀体结构集成电堆的阴极入口、阴极出口的气体通道，在电堆的左右两侧形成阴极进口阀体、阴极出口阀体。
所述阴极进口阀体、阴极出口阀体集成电堆的阳极入口、冷却入口、阳极出口、冷却出口的气体通道。
将尾板上的阴极入口、阴极出口设计到阀体结构上，不再在尾板上设计，所述阴极入口阀体上设计有阴极入口，阴极出口阀体上设计有阴极出口。
所述阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口也能够从尾板上设计到阀体结构上。
所述电堆阴极入口、阴极出口拆分为两部分，由双极板和阴极进口阀体组成电堆入口，由双极板和阴极出口阀体组成电堆出口，所述双极板的阴极入口、阴极出口为开放型结构。
所述双极板的阳极入口、冷却入口、阳极出口、冷却出口为开放型结构。
所述阴极进口阀体集成电堆的阳极入口、冷却入口的气体通道，所述阴极出口阀体集成电堆的阳极出口、冷却出口的气体通道。
所述电堆结构的其中一个尾板设置有阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口。
所述大功率水冷电堆结构通过增大阴极进口面积，降低风阻，使得阴极回路的压降下降，气体分布也更加均匀。
附图说明
图1是所述水冷电堆的结构示意图；
图2是图1中的电堆主体结构示意图；
图3是本发明提供的大功率水冷电堆结构实施例1的结构示意图；
图4是图3中电堆结构剖视图；
图5是图3中电堆发电单元结构示意图；
图6是图3中进、出口阀体的示意图；
图7是本发明提供的大功率水冷电堆结构实施例2的结构示意图；
图8是图7中电堆结构剖视图；
图9是图7中发电单元结构示意图；
图10是图7中进出口阀体接头示意图；
图11是本发明提供的大功率水冷电堆结构实施例3的结构示意图；
图12是图11中爆炸示意图。
具体实施方式
本发明有两种技术方案，可以根据实际需要进行选择：
方案一、在电堆侧面增加阀体设计，集成电堆阴极入口、阴极出口的气体通道。
电堆结构：尾板1、尾板2、阴极进口阀体10、阴极出口阀体11、电堆主体3，整体外形如图3所示。
将电堆阴极入口4、阴极出口5拆分为两部分，由双极板和阴极进口阀体10组成电堆入口，由双极板和阴极出口阀体11组成电堆出口，结构如图4所示。
电堆发电单元的结构如图5所示，所述双极板的阴极入口、阴极出口为开放型结构。
阴极进口阀体10、阴极出口阀体11结构如图6所示。
本结构可以进行变形：例如电堆阴极进口阀体10、阴极出口阀体11可以根据实际情况变形，可以集成同时阴极入口4、阴极出口5、阳极入口6、阳极出口7、冷却入口8、冷却出口9，如图7、8所示。
阳极入口和阳极出口可互换；冷却入口和冷却出口可互换。一般情况下，阴极入口和阴极出口位于电堆两侧，阳极入口和阳极出口位于电堆两侧，冷却入口和冷却出口位于电堆两侧。
发电单元结构如图9所示，所述双极板的阳极入口、冷却入口、阳极出口、冷却出口为开放型结构。
进出口阀体接头如图10所示，和双极板的阳极入口、冷却入口、阳极出口、冷却出口相对应。
方案二、在方案一的基础上，将阴极入口、阴极出口设计在阀体结构的侧面。
电堆结构：尾板1、尾板2、阴极进口阀体10、阴极出口阀体11、电堆主体3，如图11所示。
电堆尾板2上设计有阳极入口6、阳极出口7、冷却入口8、冷却出口9，如图12所示。
阴极入口阀体10上设计有阴极入口，如图11所示。
阴极出口阀体11上设计有阴极出口，如图11所示。
本结构同样可以进行变形，在阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口、阴极入口、阴极出口中选择不同的组合，集成在阀体结构上。
实施例1：电堆整体结构：尾板1、尾板2、阴极进口阀体10、阴极出口阀体11、100个发电单元，如图3所示；内部结构如图4，图4为去掉尾板1后的内部结构俯视图，其中电堆主体结构俯视图如图5所示，阴极入口采用开放式设计，冷却和阳极进口、出口仍采用封闭式设计，阀体结构如图6所示。
对比一般电堆结构，如图1所示，阴极回路的压降下降了15％。
实施例2：电堆整体结构：尾板1、尾板2、阴极进口阀体10、阴极出口阀体11、100个发电单元，如图7所示(去掉了阴极尾板)；内部结构如图8，图8为去掉尾板1后的内部结构俯视图，其中电堆主体结构俯视图如图9所示，阴极、阳极、冷却均采用开放式设计；阀体结构如图10所示。
对比一般电堆结构，如图1所示，阴极回路的压降下降了15％，阳极压降下降了10％，冷却回路的压降下降了10％。
实施例3：电堆整体结构：尾板1、尾板2、阴极入口阀体10、阴极出口阀体11、100个发电单元，如图11所示。
对比一般电堆接头，如图1所示，阴极回路的压降下降了30％，气体分布也更加均匀。

Claims (8)

1.一种大功率水冷电堆结构，包括发电单元和上下两侧的尾板，所述尾板上设计有阴极入口、阴极出口、阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口，发电单元包括双极板，其特征在于：所述电堆的左右两侧设置有阀体结构，所述阀体结构集成电堆的阴极入口、阴极出口的气体通道，在电堆的左右两侧形成阴极进口阀体、阴极出口阀体。
2.根据权利要求1所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：所述阴极进口阀体、阴极出口阀体集成电堆的阳极入口、冷却入口、阳极出口、冷却出口的气体通道。
3.根据权利要求1或2任一所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：将尾板上的阴极入口、阴极出口设计到阀体结构上，不再在尾板上设计，所述阴极入口阀体上设计有阴极入口，阴极出口阀体上设计有阴极出口。
4.根据权利要求3所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：所述阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口也能够从尾板上设计到阀体结构上。
5.根据权利要求1所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：所述电堆阴极入口、阴极出口拆分为两部分，由双极板和阴极进口阀体组成电堆入口，由双极板和阴极出口阀体组成电堆出口，所述双极板的阴极入口、阴极出口为开放型结构。
6.根据权利要求2所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：所述双极板的阳极入口、冷却入口、阳极出口、冷却出口为开放型结构。
7.根据权利要求2或6任一所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：所述阴极进口阀体集成电堆的阳极入口、冷却入口的气体通道，所述阴极出口阀体集成电堆的阳极出口、冷却出口的气体通道。
8.根据权利要求3所述的大功率水冷电堆结构，其特征在于：所述电堆结构的其中一个尾板设置有阳极入口、阳极出口、冷却入口、冷却出口。
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Pledgor: BEIJING NOWOGEN TECHNOLOGY CO.,LTD.

Registration number: Y2023980044065

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