CN107634239A - 一种加强尾部冷却水传热的双极板 - Google Patents

一种加强尾部冷却水传热的双极板 Download PDF

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牛会鹏
汪硕峰
王兵
李响
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Abstract

一种加强尾部冷却水传热的双极板属于燃料电池技术领域。双极板为复合双极板，双极板上有三种流道，双极板正面和反面分别为氢气和氧气流道，冷却水流道置于双极板中间；其特征在于，冷却水流道采用多条蛇形流道，每一条蛇形流道的后二分之一处均匀分布多个球形扰流子。球形扰流子的直径大于蛇形流道直径。进一步，球形扰流子的直径为蛇形流道直径的1.8‑2倍之间，相邻球形扰流子的分配间距在每条流道总长的1/35到1/30之间。水在球形扰流子处加强了扰流，增强了传热，较之前没有球形扰流子时带走了更多的热量。很好了解决了电堆冷却水进口端和出口端的较大温差问题，减小了热应力，使电堆工作更稳定，更安全，寿命更长。

Description

一种加强尾部冷却水传热的双极板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，主要涉及到燃料电池的传热技术。
背景技术
质子交换膜燃料电池因其具有低噪音、零污染、长寿命、输出电流大、工作温度低、能量效率高、启动快等优点而逐渐受到人们的关注。然而燃料电池的输出性能受到了许多因素的影响，其中温度对整个系统的影响尤其重要。一个合理的热管理系统能提高电池性能、改善电池寿命,反之，不当的热管理则会造成燃料电池的输出性能降低、影响燃料电池的寿命，甚至引起实验安全事故。因此，对水冷型质子交换膜燃料电池的热管理系统进行研究有着重要的意义。
现有的燃料电池采用水进行冷却，冷却水管道置于双极板内，冷却水与燃料电池进行换热带走热量进而使燃料电池保持在合理的温度范围内。冷却水在燃料电池内吸热进而温度升高，导致冷却水进口端和出口段带走热量不一，使燃料电池在冷却水进口端和出口端产生温差，影响电堆性能。
鉴于以上分析，有效的热管理对燃料电池是有必要的。
发明内容
针对背景技术中提出的问题，本发明的目的在于设计提供一种加强尾部冷却水传热的双极板，其作用在于能使燃料电池在冷却水进口端和出口端保持更小的温差，使整个燃料电池的温度更均衡，输出电压更稳定，同时减小了单片电池间的热应力，能电堆更安全可靠的运行。本发明适用于任何水冷型燃料电池。
一种加强尾部冷却水传热的双极板，双极板为复合双极板，双极板上有三种流道，双极板正面和反面分别为氢气和氧气流道，冷却水流道置于双极板中间；其特征在于，冷却水流道采用多条蛇形流道，每一条蛇形流道的后二分之一处均匀分布多个球形扰流子，球形扰流子的直径大于蛇形流道直径。
进一步，蛇形流道的截面采用圆形，即蛇形流道采用多条蛇形圆柱形流道，双极板材质优选为不锈钢和石墨的复合材质。
进一步，球形扰流子的直径为蛇形流道直径的1.8-2倍之间。
进一步，相邻球形扰流子的分配间距在每条流道总长的1/35到1/30之间。
本发明的的有益效果为：在冷却水流至每条蛇形流道的后二分之一处时，水在球形扰流子处加强了扰流，增强了传热，较之前没有球形扰流子时带走了更多的热量。很好了解决了电堆冷却水进口端和出口端的较大温差问题，减小了热应力，使电堆工作更稳定，更安全，寿命更长。
附图说明
图1为本发明一种加强尾部冷却水传热的双极板结构示意图。
图中：1-球形扰流子、2-圆柱形多蛇形管道入口、3-圆柱形流道
图2为有球形扰流子时的双极板温度纵向分布图。
图3为没有球形扰流子时的双极板温度纵向分布图。
具体实施方式
结合说明书附图，进一步说明本发明的具体实施过程。
如图1所示，：一种用加强扰流的方式增强冷却管道尾部传热的双极板示意图，和一般双极板一样，双极板为复合双极板，双极板上有三种流道，双极板正面和反面分别为氢气和氧气流道，冷却水流道置于双极板中间。双极板冷却水流道采用多蛇形流道，每一条蛇形流道的后二分之一处均匀分布球形扰流子。
电堆工作时，冷却水由流道入口2进入多蛇形流道，流至每一条蛇形流道后二分之一处时，在球形扰流子处形成小涡流，加强了扰流，增强了传热，带走了更多的热量，使反应过程中的电堆整体温度更为均匀减小了单片电池间的热应力，使质子膜两边受力更平衡，增加了燃料电池的稳定性，延长燃料电池寿命。
图2和图3为两组仿真数据，在没有球形扰流子时，即图3，双极板的温度随着离冷却水进口距离的增加而增加，这是由于冷却水在流经管道时，吸热而温度上升，导致带走的热量越来越少，从而使双极板产生巨大的温差。在双极板冷却水流道有球形扰流子时，即图2，双极板的温度随着距离的增加先上升后下降，这是由于球形扰流子在管道后半段加强了传热，使双极板温度保持了较好的一致性，从而减小了热应力，延长了电堆寿命。

Claims (4)

1.一种加强尾部冷却水传热的双极板，双极板为复合双极板，双极板上有三种流道，双极板正面和反面分别为氢气和氧气流道，冷却水流道置于双极板中间；其特征在于，冷却水流道采用多条蛇形流道，每一条蛇形流道的后二分之一处均匀分布多个球形扰流子，球形扰流子的直径大于蛇形流道直径。
2.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，蛇形流道的截面采用圆形。
3.根据权利要求2所述的双极板，其特征在于，球形扰流子的直径为蛇形流道直径的1.8-2倍之间。
4.根据权利要求1所述的双极板，其特征在于，相邻球形扰流子的分配间距在每条流道总长的1/35到1/30之间。
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