CN113782776B - 一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构 - Google Patents

一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构 Download PDF

Info

Publication number
CN113782776B
CN113782776B CN202111089250.3A CN202111089250A CN113782776B CN 113782776 B CN113782776 B CN 113782776B CN 202111089250 A CN202111089250 A CN 202111089250A CN 113782776 B CN113782776 B CN 113782776B
Authority
CN
China
Prior art keywords
shell
fluid output
cross
collecting
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111089250.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113782776A (zh
Inventor
董江峰
吴波
袁永先
徐广辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China North Engine Research Institute Tianjin
Original Assignee
China North Engine Research Institute Tianjin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China North Engine Research Institute Tianjin filed Critical China North Engine Research Institute Tianjin
Priority to CN202111089250.3A priority Critical patent/CN113782776B/zh
Publication of CN113782776A publication Critical patent/CN113782776A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113782776B publication Critical patent/CN113782776B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

本发明提供了一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构，外壳内部安装若干互相平行且等距的单片电池，扩散集气壳横截面的上底长度小于扩散集气壳横截面的下底长度，流体输出壳横截面的上底长度大于流体输出壳横截面的下底长度，外壳顶端连通至扩散集气壳，外壳底端连通至流体输出壳，本发明所述的一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构，反应物流体通过入气管进入扩散集气壳，经扩散集气壳后，进入各单片电池的流道，反应物流体状态一致性较好，反应后的流体再进入流体输出壳后，从出水管中流出，各流道的气体阻力差距不大，进一步提高了各单片电池之间的反应均匀性，提高电堆效率。

Description

一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构
技术领域
本发明属于新能源燃料电池领域，尤其是涉及一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构。
背景技术
由于双极板在燃料电池中同时为冷却水和反应物提供流动的通道，因此在两面都需要加工出流场，流体在流场中的流动方向根据燃料电池的设计情况各不相同；氧化剂、氢气以及冷却液在流场中可以按照顺流、逆流或者是错流等方式流动，不同的流场设计对于反应物在电极各处分配有很大的影响，如果反应物分配不均匀，则造成电极各处反应不均匀，产生的电流密度分布也随之不均匀，导致电池局部过热，效率下降；同时反应所产生的水未及时排出会阻止反应气体顺利接近催化剂，降低输出功率；因此双极板流道的构型设计对燃料电池最终的性能和效率影响重大。
在选择和设计流场的时候，有两个主要问题需要考虑：一是整个流场的压降，压降越小，越有利于提供燃料电池的反应效率；二是流体在整个流场的分布均匀性，分布越均匀，越有利于提高燃料电池的反应效率；如图2所示现有技术常见的流道型式结构，不难看出这种流场型式是顺次通过各单片电池(顺次流道形式),往往这种结构会造成各单片电池之间流体浓度梯度较大，尤其是流体上游单片电池与下游单片电池之间的电压差较大，电堆整体效率降低，时间长了，会对电堆的寿命产生不好的影响。
燃料电池是由多个单片电池组成，并使一个单片电池的阴极与相邻单片电池的阳极进行电气连接，由于燃料电池的性能对反应物的流速、浓度等因素比较敏感，因此需要保证单片电池组中的每一块单片电池都输入几乎同样状态的反应气体；流量分布不均匀会导致单片电池之间的性能不一致。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构，以解决现有技术结构会造成各单片电池之间流体浓度梯度较大，尤其是流体上游单片电池与下游单片电池之间的电压差较大，电堆整体效率降低，时间长了，会对电堆的寿命产生不好的影响的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构，包括外壳、单片电池、扩散集气壳和流体输出壳，外壳为上下两端开口矩形壳体结构，外壳内部安装若干互相平行且等距的单片电池，扩散集气壳和流体输出壳的横截面均为等腰梯形，且扩散集气壳横截面的上底长度小于扩散集气壳横截面的下底长度，流体输出壳横截面的上底长度大于流体输出壳横截面的下底长度，扩散集气壳内部形成集气腔，外壳顶端连通至扩散集气壳，外壳底端连通至流体输出壳。
进一步的，扩散集气壳顶端设有用于连通至入气管的第一通孔。
进一步的，流体输出壳底端设有用于连通至出水管的第二通孔。
进一步的，外壳和流体输出壳均为棱锥型壳体结构。
进一步的，每个单片电池分别固接至外壳内壁两侧。
相对于现有技术，本发明所述的一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构具有以下有益效果：
(1)本发明所述的一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构，反应物流体通过入气管进入扩散集气壳，经扩散集气壳后，进入各单片电池的流道，反应物流体状态一致性较好，反应后的流体再进入流体输出壳后，从出水管中流出，各流道的气体阻力差距不大，进一步提高了各单片电池之间的反应均匀性，提高电堆效率。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构的示意图；
图2为本发明实施例所述的现有技术常见的流道型式结构的示意图。
附图标记说明：
1-外壳；2-单片电池；3-扩散集气壳；31-入气管；4-流体输出壳；41-出水管。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构包括：外壳1、单片电池2、扩散集气壳3和流体输出壳4，外壳1为上下两端开口矩形壳体结构，外壳1内部安装若干互相平行且等距的单片电池2，扩散集气壳3和流体输出壳4的横截面均为等腰梯形(扩散集气壳3和流体输出壳4均为壳体结构)，且扩散集气壳3横截面的上底长度小于扩散集气壳3横截面的下底长度(扩散集气壳3横截面的上底位于扩散集气壳3横截面的下底的上方，使得反应物流体扩散均匀)，流体输出壳4横截面的上底长度大于流体输出壳4横截面的下底长度(流体输出壳4横截面的上底位于流体输出壳4横截面的下底的上方，使得反应后的流体收束在一起后，从出水管41中流出，提高了反应效率)，扩散集气壳3内部形成集气腔，外壳1顶端连通至扩散集气壳3，外壳1底端连通至流体输出壳4，反应物流体通过入气管31进入扩散集气壳3，经扩散集气壳3后，进入各单片电池2的流道，反应物流体状态一致性较好，反应后的流体再进入流体输出壳4后，从出水管41出，各流道的气体阻力差距不大，进一步提高了各单片电池2之间的反应均匀性，提高电堆效率；
扩散集气壳3顶端设有用于连通至入气管31的第一通孔，入气管31安装至扩散集气壳3顶端，用于输送反应物流体；流体输出壳4底端设有用于连通至出水管41的第二通孔，出水管41安装至流体输出壳4底端，用于输送反应后的流体；外壳1和流体输出壳4均为棱锥型壳体结构，使得各流道的气体阻力差距不大，进一步提高了各单片电池2之间的反应均匀性，提高电堆效率；每个单片电池2分别固接至外壳1内壁两侧，使得反应物流体会从相邻单片电池2之间流过。
本发明的工作原理：反应物流体通过入气管31进入扩散集气壳3，经扩散集气壳3后，进入各单片电池2的流道，反应物流体状态一致性较好，反应后的流体再进入流体输出壳4后，从出水管41出，各流道的气体阻力差距不大，进一步提高了各单片电池2之间的反应均匀性，提高电堆效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构，其特征在于：包括外壳(1)、单片电池(2)、扩散集气壳(3)和流体输出壳(4)，外壳(1)为上下两端开口矩形壳体结构，外壳(1)内部安装若干互相平行且等距的单片电池(2)，扩散集气壳(3)和流体输出壳(4)的横截面均为等腰梯形，且扩散集气壳(3)横截面的上底长度小于扩散集气壳(3)横截面的下底长度，流体输出壳(4)横截面的上底长度大于流体输出壳(4)横截面的下底长度，扩散集气壳(3)内部形成集气腔，外壳(1)顶端连通至扩散集气壳(3)，外壳(1)底端连通至流体输出壳(4)；扩散集气壳(3)顶端设有用于连通至入气管(31)的第一通孔；流体输出壳(4)底端设有用于连通至出水管(41)的第二通孔；外壳(1)和流体输出壳(4)均为棱锥型壳体结构；每个单片电池(2)分别固接至外壳(1)内壁两侧。
CN202111089250.3A 2021-09-16 2021-09-16 一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构 Active CN113782776B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111089250.3A CN113782776B (zh) 2021-09-16 2021-09-16 一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111089250.3A CN113782776B (zh) 2021-09-16 2021-09-16 一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113782776A CN113782776A (zh) 2021-12-10
CN113782776B true CN113782776B (zh) 2023-04-25

Family

ID=78851615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111089250.3A Active CN113782776B (zh) 2021-09-16 2021-09-16 一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113782776B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203521531U (zh) * 2013-10-11 2014-04-02 江苏超洁绿色能源科技有限公司 一种新型质子交换膜燃料电池电堆

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2327962A1 (en) * 2000-12-11 2002-06-11 Powerdisc Development Corp. Ltd. Fuel cell stack
JP4288919B2 (ja) * 2002-09-27 2009-07-01 Ｔｏｔｏ株式会社 燃料電池システム
US6959730B2 (en) * 2003-10-15 2005-11-01 Utc Fuel Cells, Llc Single valve fuel cell stack gas flow and containment
CN1238920C (zh) * 2004-03-25 2006-01-25 上海交通大学 质子交换膜燃料电池u型集气－平行流组合流道
US20090297903A1 (en) * 2008-05-28 2009-12-03 Kabushiki Kaisha Toshiba Fuel Cell Device
JP2011210398A (ja) * 2010-03-29 2011-10-20 Toyota Motor Corp 燃料電池
CN101807708B (zh) * 2010-03-30 2012-02-22 上海恒劲动力科技有限公司 包括多个独立电池子单元组的燃料电池
CN102005593A (zh) * 2010-06-18 2011-04-06 余青霖 一种新型系统集成式模块化燃料电池系统
KR101655186B1 (ko) * 2014-12-04 2016-09-07 현대자동차 주식회사 연료전지 시스템용 에어쿨러 및 이를 포함하는 가습기
CN111261896A (zh) * 2018-11-30 2020-06-09 中国科学院大连化学物理研究所 一种强化传热的固体氧化物燃料电池发电系统
CN109638319B (zh) * 2018-12-05 2021-02-02 新源动力股份有限公司 一种燃料电池电堆流体分配一致性检测方法及装置
CN111952632B (zh) * 2020-08-21 2021-07-09 清华大学 一种高燃料利用率内级联固体氧化物燃料电池堆
CN113161568A (zh) * 2021-04-30 2021-07-23 山东理工大学 一种适用于燃料电池多流道流场板的新型进气口结构

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN203521531U (zh) * 2013-10-11 2014-04-02 江苏超洁绿色能源科技有限公司 一种新型质子交换膜燃料电池电堆

Also Published As

Publication number Publication date
CN113782776A (zh) 2021-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110380077A (zh) 一种组合式流道燃料电池双极板
CN109904484A (zh) 一种燃料电池双极板结构及燃料电池
CN211605306U (zh) 一种燃料分配歧管与一种燃料电池
CN110429296A (zh) 一种燃料电池双极板
CN111509256A (zh) 一种叉形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板的流场
CN101141007A (zh) 多通道燃料电池堆
CN108417856B (zh) 一种排水及时方便的燃料电池导流双极板及燃料电池系统
CN212783526U (zh) 一种具有微突起结构的金属双极板
CN113991137A (zh) 双极板导流区结构、双极板和燃料电池
CN211929621U (zh) 叉形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板的流场
CN113782776B (zh) 一种带集气腔的并联式燃料电池电堆流道结构
CN115332559B (zh) 一种高效单流道燃料电池堆
CN111864241A (zh) 小型质子交换膜燃料电池
CN115036524A (zh) 一种双极板与燃料电池
CN214152942U (zh) 一种质子交换膜燃料电池的金属冲压双极板
CN210805927U (zh) 一种燃料电池双极板
CN220209030U (zh) 燃料电池堆以及燃料电池系统
CN113258093A (zh) 一种阴极单板、阳极单板、导流极板及含其的燃料电池
CN113571728A (zh) 燃料电池及其内部的变截面歧管
CN213425025U (zh) 一种水冷式燃料电池
CN110429297A (zh) 一种新型燃料电池圆形双极板
CN217306541U (zh) 一种燃料电池阳极板及燃料电池电堆和发电系统
CN219800927U (zh) 一种六边形燃料电池双极板
CN220155568U (zh) 一种石墨双极板及新型氢燃料电池堆
CN111326763A (zh) 一种类蜂巢形流场的金属双极板

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant