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Abstract

本发明公开了一种燃料电池结构。该结构由多个单电池串联叠加而成，该单电池为中空的多边框形，该多边框形的内边到中心的距离大于等于该多边框形的外边到中心的距离的50％；该结构中设有散热流道层。本发明的燃料电池结构风阻小、结构紧凑并且该结构没有弧线，材料裁切工整，废料率低。

Description

一种燃料电池结构
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，更具体地涉及一种燃料电池结构。
背景技术
燃料电池，能以较高的效率将氢气直接转化为电能，反应副产品是纯水，因此具有节能、环保等优点。燃料电池在运行过程中会发热，为了维持最佳运行温度，需要采取冷却措施及设计相应的冷却结构。现有的燃料电池堆在满足冷却要求之时却会在放大尺寸、功率等方面受到限制，或者燃料电池的材料利用率低，裁切时废料率较高。在一些现有的燃料电池堆中，由于其结构限制，也不便使用轻巧的材料层代替较重的石墨板充当散热流道层。
因此，本领域急需开发新的容易放大尺寸和功率同时结构简单、废料率低的燃料电池结构。
发明内容
本发明的目的是提供一种便于放大尺寸和功率且结构简单、废料率低的燃料电池结构。
在本发明中，本发明提供了一种燃料电池结构。所述结构由多个单电池串联叠加而成，所述单电池为中空的多边框形，所述多边框形的内边到中心的距离大于等于所述多边框形的外边到中心的距离的50％，即所述多边框形的内边到所述多边框形的中心的距离为La，所述多边框形的外边到所述多边框形的中心的距离为Lb,La和Lb满足：
La≥0.5Lb；
所述结构中设有散热流道层。
在另一优选例中，所述散热流道层设在每对相邻的所述单电池之间。
在另一优选例中，每两层单电池之间设有一层所述散热流道层。
在另一优选例中，所述结构两端还设有端板，所述端板用于压紧所述单电池的堆叠。
在另一优选例中，所述结构还包括电控装置。
在另一优选例中，所述结构还设有风冷装置；优选地，所述风冷装置为冷却风机。
在另一优选例中，所述散热流道层为散热流道片。
优选地，所述散热流道片上设有凹槽或者所述散热流道片为波纹状，用作冷却气流和/或阴极气体流道。
在另一优选例中，所述散热流道片为波纹状金属片。
在另一优选例中，每对相邻的所述单电池之间的所述散热流道片的数量与所述多边框形的边的数量相同。
在另一优选例中，所述散热流道层设于每对相邻的所述单电池的每条边框之间。在功率密度不大的情况下，可在每两层单电池之间设一层所述散热流道层。
在另一优选例中，所述单电池为四边框形、六边框形或八边框形。
在另一优选例中，所述单电池为中心对称和/或镜像对称的多边框形。
在另一优选例中，多个所述单电池的中空部分形成一通道，所述通道用于排出冷却气流。
优选地，所述多边框形的角用作氢气进口和/或氢气出口。
优选地，所述散热流道层的尺寸小于等于所述多边框形每条边框的尺寸。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为本发明的燃料电池结构的一种四边框形单电池的示意图；
图2a为本发明的燃料电池结构的散热流道片的俯视图；
图2b为本发明的燃料电池结构的散热流道片的正视图；
图3为本发明的燃料电池结构的一种八边框形单电池的示意图；
图4a为根据本发明的由72层单电池组成的燃料电池结构的正视图；
图4b为图4a的燃料电池结构的左视图；
图4c为图4a的燃料电池结构的俯视图；
图5为根据本发明的一种燃料电池结构的实验照片。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，首次开发了一种燃料电池结构，该燃料电池结构由多个单电池串联叠加而成，单电池为中空的多边框形，该多边框形的角用作氢气进口和/或氢气出口。该单电池的多边框形的内边到中心的距离大于等于所述多边框形的外边到中心的距离的50％，使得其冷却风道的长度不大风阻较小，实际的进风及出风面较大却仍保持结构紧凑；冷却风流量沿多边框形的环向分布很均匀，沿轴向(垂直于单电池平面的方向)的分布，在电堆堆叠高度相对于内径(多边框形中心到其内边的距离)的比例不大的情况下也较均匀，因此更具有提高单堆功率的潜力。
本发明的燃料电池结构风阻小、结构紧凑、便于放大尺寸及功率；同时又由于没有弧线，材料裁切工整，中间空心区域裁下的材料，也能回收用于制造小型的普通长方形单电池；另外，每条边均为直边，便于使用轻巧的波纹状金属片代替较重的石墨板来充当散热流道层。
在此基础上完成了本发明。
本发明的主要优点包括：
(a)本发明的燃料电池结构风阻小、结构紧凑、便于放大尺寸及功率；
(b)本发明的燃料电池结构没有弧线，材料裁切工整，废料率低；
(c)本发明的燃料电池结构每条边均为直边，便于使用轻巧的波纹状金属片代替较重的石墨板来充当散热流道层。
(d)本发明的燃料电池结构便于采用单个或最多两个风机，即能得到较为均匀分布的冷却风流。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
需要说明的是，在本专利的权利要求和说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例1
如图4a-4c所示，本发明的一燃料电池结构，该燃料电池结构由如图1所示的多个单电池串联叠加而成。在本实施例中，该燃料电池由72层燃料电池单体5堆叠而成。该单电池为中空的正四边框形，为了减小总重和体积，将四个角削为倒角。正四边框形的内边到中心的距离La为5cm，外边到中心的距离Lb为8.4cm。有效反应区位于四条边框，有效面积120平方厘米，而四个角仅充当氢气进/出口,如图1中的四个圆圈所示。每对相邻的单电池之间设有散热流道层。该燃料电池结构还设有左右盒1、2以及前面盒3。本实施例中的散热流道层为如图2a和图2b所示的波纹状金属片，每对相邻单电池之间放置四片，对应四条边框。本实施例为阴极开放式燃料电池，所以散热流道层也充当了阴极流道层。堆叠在一起的燃料电池单体形成电池堆，电池堆的两端设有端板，用于压紧电池堆。其中一端的端板7上设有冷却风机4以及两边各设一个电磁阀6，另一端的端板8上设有电控或其他部件。
实施例2
如图3所示，本发明的一种燃料电池结构，该结构由八边框形燃料电池单体堆叠而成。该八边框形燃料电池单体，其各个转角处的非反应区面积较小，不需要切角来减少无效的重量和体积，八个角直接作为氢气的进/出口,如图中所示的圆圈为氢气进/出口。在本实施例中，该燃料电池结构的相邻单电池之间放置8片散热流道片，对应8条边框。
实施例3
如图5所示，本发明的一种燃料电池结构的10片试验堆的实验照片。该单电池为中空的正四边框形，且将四个角削为倒角，该燃料电池堆的一端设有冷却风机。本实施例的燃料电池结构，当单电池平均电压0.6V时，输出电流80A，即试验堆的功率480瓦。在环境气温35度的炎热夏季，现有技术的同等有效面积的风冷燃料电池要么无法正常运行要么废料率太高，并且比较笨重，而本发明的燃料电池结构可维持电堆安全稳定运行的冷却风机功耗为80瓦，仅为电堆功率的六分之一。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (17)

1.一种燃料电池结构，其特征在于，所述结构由多个单电池串联叠加而成，所述单电池为中空的中心对称的多边框形，所述多边框形的一条内边到所述多边框形的中心的距离为La，所述多边框形的与所述内边相对应的外边到所述多边框形的中心的距离为Lb,La和Lb满足：
La≥0.5Lb；
所述结构中设有散热流道层。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述散热流道层设在每对相邻的所述单电池之间。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，每两层所述单电池之间设有一层所述散热流道层。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述结构两端还设有端板，所述端板用于压紧所述单电池的堆叠。
5.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述结构还包括电控装置。
6.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述结构还设有风冷装置。
7.如权利要求6所述的结构，其特征在于，所述风冷装置为冷却风机。
8.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述散热流道层为散热流道片。
9.如权利要求8所述的结构，其特征在于，所述散热流道片上设有凹槽或者所述散热流道片为波纹状，用作冷却气流和/或阴极气体流道。
10.如权利要求8所述的结构，其特征在于，所述散热流道片为波纹状金属片。
11.如权利要求8所述的结构，其特征在于，每对相邻的所述单电池之间的所述散热流道片的数量与所述多边框形的边的数量相同。
12.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述散热流道层设于每对相邻的所述单电池的每条边框之间。
13.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述单电池为四边框形、六边框形或八边框形。
14.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述单电池为镜像对称的多边框形。
15.如权利要求1所述的结构，其特征在于，多个所述单电池的中空部分形成一通道，所述通道用于排出冷却气流。
16.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述多边框形的角用作氢气进口和/或氢气出口。
17.如权利要求16所述的结构，其特征在于，所述散热流道层的尺寸小于等于所述多边框形每条边框的尺寸。
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