CN106410237B - 配流装置及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及燃料电池技术领域，提供了一种配流装置及燃料电池系统，该装置包括顶盖和第一挡板，顶盖具有开口和至少一个凹腔，第一挡板上设有多个用于气体通过的第一通流部，第一挡板盖设在顶盖的开口处，第一挡板上设有与凹腔对应的第一隆起部，且第一隆起部向顶盖所在的一侧隆起，顶盖上设有与第一隆起部对应的进气口。该系统包括电堆体以及上述配流装置，电堆体的进气侧盖设在顶盖的开口处，电堆体包括多个相互串联的双极板。本发明通过在第一挡板上设置向顶盖所在的一侧隆起的第一隆起部，使气体在第一挡板的倾斜面的导向作用下从第一隆起部流动至两端，从而实现了均匀配流，保证了电堆体的充放电性能，延长了燃料电池的寿命。

Description

配流装置及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种配流装置及燃料电池系统。
背景技术
燃料电池是将燃料的化学能转化为电能的能量转化器，其中最为典型的是氢气-空气质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，以下简称PEMFC)。通常PEMFC被设计成电堆体的形式，每个电堆体由复数个单电池叠加串联而成。每个单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，其中质子交换膜不透气但可传导质子，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，阴、阳两极都含有加速电极电化学反应的催化剂。每个单电池工作时就相当于一个直流电源，其阳极相当于电源负极，阴极相当于电源正极。
随着燃料电池功率密度的不断提升，每个电堆体所包含的单电池的数目也不断增加，电堆内的流量分配不均匀性问题日益突出。目前电堆体一般通过内部歧管来实现对每个单电池的配流，但现有的内部歧管从歧管一端进气，配流过程中由于流量和流速的不断降低，导致电堆体上游和下游配流不均匀，从而直接影响电堆体的充放电性能，甚至会导致燃料电池的寿命急剧下降。
发明内容
本发明要解决的是现有技术中电堆体配流不均匀的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供了一种配流装置，该装置包括顶盖和第一挡板，所述顶盖具有开口和至少一个凹腔，所述第一挡板上设有多个用于气体通过的第一通流部，所述第一挡板盖设在所述顶盖的开口处，所述第一挡板上设有与所述凹腔对应的第一隆起部，且所述第一隆起部向所述顶盖所在的一侧隆起，所述顶盖上设有与所述第一隆起部对应的进气口。
其中，所述顶盖与所述第一挡板之间的距离由所述第一隆起部至外逐渐减小。
其中，还包括第二挡板，所述第二挡板盖设在所述顶盖的开口处、且所述第一挡板设于所述顶盖与所述第二挡板之间，所述第二挡板上设有多个用于气体通过的第二通流部。
其中，所述第二挡板上设有与所述第一隆起部对应的第二隆起部，所述第二隆起部向所述第一挡板所在的一侧隆起。
其中，所述第一挡板与所述第二挡板之间的距离自由所述第二隆起部至外逐渐减小。
其中，所述第二挡板的数量为多个，多个所述第二挡板沿所述第一挡板到所述顶盖的方向依次盖设在所述顶盖的开口处。
其中，所述第一通流部和/或所述第二通流部为圆形或条形通孔。
其中，所述顶盖上、并与所述凹腔对应的位置设有凸起，所述凸起的内部空间与所述凹腔连通，所述进气口设于所述凸起的侧部或所述凸起的顶部。
本发明还提供了一种燃料电池系统，该系统包括电堆体以及上述所述的配流装置，所述电堆体的进气侧盖设在所述顶盖的开口处，所述电堆体包括多个相互串联的双极板，每个所述双极板的上方对应设有至少一个所述第一通流部。
其中，还包括一个上述所述的配流装置，所述电堆体的排气侧盖设在所述顶盖的开口处，每个所述双极板的下方对应设有至少一个所述第一通流部。
本发明通过在第一挡板上设置向顶盖所在的一侧隆起的第一隆起部，使从气体在第一挡板的倾斜面的导向作用下从第一隆起部流动至两端，从而实现了均匀配流，保证了电堆体的充放电性能，延长了燃料电池的寿命。
附图说明
图1是本发明实施例1的具有一个进气口的一种配流装置的正视图；
图2是本发明实施例1的具有一个进气口的一种配流装置的顶盖的俯视图；
图3是本发明实施例1的具有两个进气口的一种配流装置中进气口的位置示意图，其中，图3(a)为进气口设置在顶盖的顶板上，图3(b)为进气口设置在顶盖的围板上；
图4是本发明实施例1的具有一个进气口的一种配流装置的第一挡板的俯视图；
图5是本发明实施例1的具有一个进气口的一种配流装置的第二挡板的俯视图；
图6是本发明实施例1的具有两个进气口的一种配流装置的顶盖上的凸起的示意图，其中，6(a)为凸起的顶部设置进气口，6(b)为凸起的侧部设置进气口。
附图标记：
1、顶盖；1-1、进气口；2、第一挡板；2-1、第一通流部；
3、第二挡板；3-1、第二通流部。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。
实施例1
结合图1至图3所示，本发明提供了一种配流装置，该装置包括顶盖1和第一挡板2，顶盖1具有开口和至少一个凹腔，顶盖1包括顶板和围设在顶板周围的围板，第一挡板2上设有多个用于气体通过的第一通流部2-1，第一挡板2盖设在顶盖1的开口处，第一挡板2上设有与凹腔对应的第一隆起部，且第一隆起部向顶盖1所在的一侧隆起，顶盖1上设有与第一隆起部对应的进气口1-1，即进气口1-1可以位于顶盖1的顶板上、并位于第一隆起部的正上方，也可以位于顶盖1的围板上、并第一隆起部的正上方。另外，当进气口1-1位于顶盖1的顶板上时，进气口1-1所在平面的法线可以与顶板的法线平行或具有夹角；当进气口1-1位于顶盖1的围板上时，进气口1-1所在平面的法线可以与围板的法线平行或具有夹角。需要说明的是，第一隆起部可以是第一挡板2沿中线向顶盖1所在的一侧折弯形成的隆起，也可以是以第一挡板2的中心为顶点形成锥形或截头锥形的隆起，只要能够对气体由第一隆起部向第一挡板2的边缘流动形成导向即可。
由此，当气体从进气口1-1进入顶盖1的凹腔后，由于受到第一隆起部的阻挡，气体被分散为左、右两股，分散后气体在第一隆起部左、右两侧的倾斜面的导向作用下分别流向第一挡板2两侧的末端。在流动过程中，沿路的第一通流部2-1均不断有气体穿过并流向第一挡板2的下方，直至最后一部分气体从第一挡板2末端的第一通流部2-1流出，进而实现了向第一挡板2的下方均匀配流。另外，由于第一通流部2-1对气体流通的限制，可进一步减小涡流、滚流引起的波动。
其中，顶盖1与第一挡板2之间的距离由第一隆起部至外逐渐减小。在进气过程中，沿气体流动方向上顶盖1与第一挡板2之间截面积不断减小，即上游的气体体积大于下游的气体体积，上游的气体对下游的气体形成挤压，从而推动气体的流动，进而可缓解气体随着流量减小而导致的流速降低。
进一步地，还包括第二挡板3，第二挡板3盖设在顶盖1的开口处、且第一挡板2设于顶盖1与第二挡板3之间，第二挡板3上设有多个用于气体通过的第二通流部3-1。由于第二挡板3的存在，一方面，当气体从第一通流部2-1流向第二挡板3时，由于第一通流部2-1的节流作用，气体的流速被提高，流动惯性增大，流动不均匀。通过第二挡板3的阻挡，可减小气体的流动惯性，并进一步减小流动产生的涡流、滚流带来的波动。另一方面，通过设置第二通流部3-1的形状和角度，可使通过第二通流部3-1的气体恰好对准待配流单元。
优选地，第二挡板3上设有与第一隆起部对应的第二隆起部，第二隆起部向第一挡板所在的一侧隆起，以便使通过第一通流部2-1的气体在第一隆起部左、右两侧的倾斜面的导向作用下分别流向第二挡板3两侧的末端，进一步保证了第二挡板3末端的气体流量。
优选地，第一挡板2与第二挡板3之间的距离自第二隆起部至外逐渐减小也就是说，沿气体流动方向上第一挡板2和第二挡板3之间截面积不断减小，即上游的气体体积大于下游的气体体积，上游的气体对下游的气体形成挤压，从而推动气体的流动，进而可缓解气体随着流量减小而导致的流速降低。
其中，第二挡板3的数量为多个，多个第二挡板3沿第一挡板2到顶盖1的方向依次盖设在顶盖1的开口处，以便进一步减小流动产生的涡流、滚流引起的波动，提高配流的均匀性。
进一步结合图4和图5可知，第一通流部2-1和/或第二通流部3-1为圆形或条形通孔，即第一流通部2-1可以为圆形或条形通孔，第二通流部3-1也可以为圆形或条形通孔，第一通流部2-1与第二通流部3-1的两种结构可进行任意配对。需要说明的是，第一通流部2-1和第二通流部3-1还可以是环形、多边形、具有一定倾斜角的圆孔等，只要能够使气体通过即可。
再结合图6可知，顶盖1上、并与凹腔对应的位置设有凸起，凸起的内部空间与凹腔连通，进气口设于凸起的侧部或凸起的顶部。另外，进气口可连接一个水平设置的进气管。由此，气体由进气管从进气口进入顶盖1以后，先充满该凸起的内部，再从该凸起的内部流向第一隆起部，避免了与进气口相对的第一通流部2-1中通入气体过多而导致配流不均匀。另外，若进气口设在该凸起的侧部，可进一步避免气体从进气口垂直流向进气口正下方的第一流通部2-1。
实施例2
本发明还提供了一种燃料电池系统，该系统包括电堆体以及上述的配流装置，电堆体的进气侧盖设在顶盖的开口处，电堆体包括多个相互串联的双极板，每个双极板的上方对应设有至少一个第一通流部。
本实施例中的配流装置的结构与原理与实施例1相同，本实施例不再赘述。本实施例通过设置配流装置，保证了每个双极板的阴极处均分配有空气，促进阴极处质子与电子的化学反应，从而提高了双极板的充放电效率。
进一步，还包括一个上述的配流装置，电堆体的排气侧盖设在顶盖的开口处，每个双极板的下方对应设有至少一个第一通流部，进一步保证了每个双极板的阳极出均分配有氢气，促进了阳极处氢气的分解总效率，从而提高了双极板的充放电效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种配流装置，其特征在于，包括顶盖和第一挡板，所述顶盖具有开口和至少一个凹腔，所述第一挡板上设有多个用于气体通过的第一通流部，所述第一挡板盖设在所述顶盖的开口处，所述第一挡板上设有与所述凹腔对应的第一隆起部，且所述第一隆起部向所述顶盖所在的一侧隆起，所述顶盖上设有与所述第一隆起部对应的进气口；
还包括第二挡板，所述第二挡板盖设在所述顶盖的开口处、且所述第一挡板设于所述顶盖与所述第二挡板之间，所述第二挡板上设有多个用于气体通过的第二通流部，所述第二挡板上设有与所述第一隆起部对应的第二隆起部，所述第二隆起部向所述第一挡板所在的一侧隆起；
所述顶盖与所述第一挡板之间的距离由所述第一隆起部至外逐渐减小；所述第一挡板与所述第二挡板之间的距离自由所述第二隆起部至外逐渐减小。
2.根据权利要求1所述的配流装置，其特征在于，所述第二挡板的数量为多个，多个所述第二挡板沿所述第一挡板到所述顶盖的方向依次盖设在所述顶盖的开口处。
3.根据权利要求1所述的配流装置，其特征在于，所述第一通流部和/或所述第二通流部为圆形或条形通孔。
4.根据权利要求1所述的配流装置，其特征在于，所述顶盖上、并与所述凹腔对应的位置设有凸起，所述凸起的内部空间与所述凹腔连通，所述进气口设于所述凸起的侧部或所述凸起的顶部。
5.一种燃料电池系统，其特征在于，包括电堆体以及如权利要求1至4任一项所述的配流装置，所述电堆体的进气侧盖设在所述顶盖的开口处，所述电堆体包括多个相互串联的双极板，每个所述双极板的上方对应设有至少一个所述第一通流部。
6.根据权利要求5所述的燃料电池系统，其特征在于，还包括一个如权利要求1至4任一项所述的配流装置，所述电堆体的排气侧盖设在所述顶盖的开口处，每个所述双极板的下方对应设有至少一个所述第一通流部。
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