CN114420975A - 具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱 - Google Patents

具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，多个堆芯在第一方向上排布，所述进出气布气箱包括进气板和出气板，进气板在第二方向上位于堆芯的一侧并与堆芯紧密接触，第二方向与第一方向正交，进气板具有与外界连通进气腔，进气板与堆芯接触的端面上设有多个间隔开的进气孔，进气孔与进气腔连通，出气板在第二方向上位于堆芯的另一侧并与堆芯紧密接触，出气板具有与外界连通的出气腔，出气板与堆芯接触的端面上设有多个间隔开的出气孔，出气孔与出气腔连通，进气腔和/或出气腔内均匀填充多个球形物体。本发明的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱对各堆芯供气均匀，电池性能好。

Description

具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，具体地，涉及一种具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱。
背景技术
燃料电池是一种直接将燃料中的化学能转化成电能的发电装置，以其能量转换效率高、可靠性高、环境友好以及寿命长等突出的优点，可作为分布式发电系统以及多种运输交通工具的主要动力源。
燃料电池进气的均匀性直接影响燃料电池的性能，相关技术中的燃料电池通过进气歧管并结合稳压腔向堆芯均匀通气，但是，上述结构应用在具有多个电堆的燃料电池时，存在各电堆之间气体流量不均匀，导致电池性能差的问题，同时具有进气歧管的燃料电池结构复杂，成本高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的实施例提出一种具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，所述具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱对各堆芯供气均匀，电池性能好，且结构简单，成本低。
本发明实施例的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，多个所述堆芯在第一方向上排布，所述进出气布气箱包括：进气板，所述进气板在第二方向上位于所述堆芯的一侧并与所述堆芯紧密接触，所述第二方向与所述第一方向正交，所述进气板具有与外界连通进气腔，所述进气板与所述堆芯接触的端面上设有多个间隔开的进气孔，且多个所述进气孔与多个所述堆芯一一对应，所述进气孔与所述进气腔连通；出气板，所述出气板在所述第二方向上位于所述堆芯的另一侧并与所述堆芯紧密接触，所述出气板具有与外界连通的出气腔，所述出气板与所述堆芯接触的端面上设有多个间隔开的出气孔，多个所述出气孔与多个所述堆芯一一对应，所述出气孔与所述出气腔连通，所述进气腔和/或所述出气腔内均匀填充多个球形物体。
本发明实施例的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，进气腔和/或出气腔内均匀填充球形物体，且进气板上设有多个与进气腔连通的进气孔，出气板上设有多个与出气腔连通的出气孔，多个进气孔和多个出气孔与多个堆芯一一对应，则可以利用球形填充物对进气腔和/或出气腔内的气体进行阻流加压，以提高气腔内气体的均匀性，从而使多个进气孔的进气压力一致，和/或多个出气口的出气压力一致，以保证多个堆芯之间的压力和气体流量相同，提高燃料电池的整体性能，且布气箱结构简单成本低。
在一些实施例中，所述进气板包括阳极进气板和阴极进气板，所述出气板包括阳极出气板和阴极出气板，所述阳极进气板、所述阴极进气板、所述阳极出气板和所述阴极出气板中的至少一个的气腔内均匀填充所述球形物体。
在一些实施例中，所述进气板上设有上集流板，所述上集流板适于将所述进气板上的电流引出，所述出气板上设有下集流板，所述下集流板适于将所述出气板上的电流引出。
在一些实施例中，所述上集流板为多个，多个所述上集流板连接在所述进气板的外周壁上并沿所述进气板的周向间隔布置，所述下集流板为多个，多个所述下集流板连接在所述出气板的外周壁上并沿所述出气板的周向间隔布置。
在一些实施例中，所述具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱还包括多个连接件，所述连接件沿所述第二方向延伸，所述连接件的一端与所述上集流板连接，所述连接件的另一端与所述下集流板连接，且多个所述上集流板、多个所述下集流板和多个所述连接件一一对应。
在一些实施例中，所述进气板还具有进气导流腔，所述进气导流腔与所述进气腔连通，所述进气孔通过进气导流腔与所述进气腔连通。
在一些实施例中，所述出气板还具有出气导流腔，所述出气导流腔与所述出气腔连通，所述出气孔通过所述出气导流腔与所述出气腔连通。
在一些实施例中，所述具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱还包括进气管和出气管，所述进气管连接在所述进气板上并与所述进气腔连通，且在所述第一方向上，所述进气管与所述进气腔的连通处位于所述进气板的中心位置处，出气管连接在所述出气板上并与所述出气腔连通，且在所述第一方向上，所述出气管与所述出气腔的连通处位于所述出气板的中心位置处。
在一些实施例中，多个所述球形物体中的至少部分的直径尺寸与其余所述球形物体的直径尺寸不同。
在一些实施例中，所述球形物体采用陶瓷材料或金属材料制成。
附图说明
图1是根据本发明实施例的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱的结构示意图，其中，燃料电池堆为开放式。
图2是根据本发明实施例的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱的结构示意图，其中，燃料电池堆为封闭式。
附图标记：
堆芯1，进气板2，阳极进气板21，阴极进气板22，进气腔23，进气导流腔24，进气孔241，上集流板25，出气板3，阳极出气板31，阴极出气板32，出气腔33，出气导流腔34，出气孔341，下集流板35，连接件4，进气管5，出气管6。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1和图2所示，本发明实施例的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱包括进气板2和出气板3。
如图1所示，多个堆芯1在第一方向上间隔布置，进气板2在第二方向上位于堆芯1的一侧并与堆芯1紧密接触，第二方向与所述第一方向正交，进气板2具有与外界连通进气腔23，进气板2与堆芯1接触的端面上设有多个间隔开的进气孔241，且多个进气孔241与多个堆芯1一一对应，进气孔241与进气腔23连通，出气板3在第二方向上位于堆芯1的另一侧并与堆芯1紧密接触，出气板3具有与外界连通的出气腔33，出气板3与堆芯1接触的端面上设有多个间隔开的出气孔341，多个出气孔341与多个堆芯1一一对应，出气孔341与出气腔33连通，进气腔23和/或出气腔33内均匀填充多个球形物体。优选地，球形物体采用陶瓷材料或金属材料制成。
可以理解的是，燃料气体通入进气腔23后经进气孔241流经堆芯1并在堆芯1内发生化学反应，以将化学能转化成电能，反应后的生成物或多余气体可经出气孔341流入出气腔33以排出。
需要说明的是，燃料电池堆的性能与流经堆芯的燃料气体的均匀性直接相关，气体越均匀，燃料电池堆性能越好，由此，相关技术中通过设置多个进气歧管，并结合稳压腔对燃料气体进行均匀布气，但是，发明人发现，针对包括多个堆芯的燃料电池堆时，上述的进气歧管和稳压腔的设置难以针对多个堆芯进行均匀布气。
基于多个堆芯之间难以均匀布气的问题，本申请提出了在进气腔23和/或出气腔33内均匀填充球形物体，可以理解的是，多个球形物体可以形成密集的间隙，且密集堆砌的球形物体具有一定的阻流加压的作用，从而使进入进气腔23或出气腔33内的气体在气腔内充分扩散，提高气腔内气体的均匀性，从而可以保证多个进气孔的进气压力一致，和/或多个出气口的出气压力一致，而多个进气孔和多个出气口对应多个堆芯1，相应地，多个堆芯1之间具有相同的压力和气体流量。
具体地，以进气侧为例，进入进气腔23内的气体可以被均匀填充的球形物体充分切割混合，以使进气腔23内各区域的气体分布均匀，然后间隔布置的进气孔241可以使进气腔23内的气流均匀流向多个堆芯1，以降低因气体分布不均匀导致电池堆输出性能受到影响的可能性。
优选地，如图1所示，进气腔23和出气腔33内均填充球形物体，有利于堆芯1两侧压力平衡，提高气流的均匀性，且多个球形物体中的至少部分的直径尺寸与其余球形物体的直径尺寸不同。
本发明实施例的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，进气腔和/或出气腔内均匀填充球形物体，且进气板上设有多个与进气腔连通的进气孔，出气板上设有多个与出气腔连通的出气孔，多个进气孔和多个出气孔与多个堆芯一一对应，则可以利用球形填充物对进气腔和/或出气腔内的气体进行阻流加压，以提高气腔内气体的均匀性，从而使多个进气孔的进气压力一致，和/或多个出气口的出气压力一致，以保证多个堆芯之间的压力和气体流量相同，提高燃料电池的整体性能，且布气箱结构简单成本低。
进一步地，燃料电池堆包括封闭式(如图2所示)或开方式(如图1所示)，如图2所示，封闭式燃料电池堆布气箱的进气板2包括阳极进气板21和阴极进气板22，出气板3包括阳极出气板31和阴极出气板32，阳极进气板21、阴极进气板22、阳极出气板31和阴极出气板32中的至少一个的气腔内均匀填充球形物体。优选地，阳极进气板21的进气腔23、阴极进气板22阴极进气板22的进气腔23、阳极出气板31的出气腔33和阴极出气板32的出气腔33内均填充球形物体。
进一步地，如图1所示，进气板2上设有上集流板25，上集流板25适于将进气板2上的电流引出，出气板3上设有下集流板35，下集流板35适于将出气板3上的电流引出。换言之，集流结构集成在具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱上，提高了装置的集成度和功能性。
具体地，如图1所示，上集流板25为多个，多个上集流板25连接在进气板2的外周壁上并沿进气板2的周向间隔布置，下集流板35为多个，多个下集流板35连接在出气板3的外周壁上并沿出气板3的周向间隔布置。
进一步地，如图1所示，具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱还包括多个连接件4，连接件4沿第二方向延伸，连接件4的一端与上集流板25连接，连接件4的另一端与下集流板35连接，且多个上集流板25、多个下集流板35和多个连接件4一一对应。由此，连接件4可以提供紧固力以将进气板2和出气板3压紧在堆芯1上，在保证电堆良好的密封效果的同时，无需在外部设置加压装置，优化了电堆结构，节省成本。
在一些实施例中，如图1所示，进气板2还具有进气导流腔24，进气导流腔24与进气腔23连通，进气孔241通过进气导流腔24与进气腔23连通。可以理解的是，进气导流腔24可以将进气腔23内气体引流至进气孔241，且进气导流腔24可以为气体提供缓存空间，以进一步保证气体在流向进气孔241前的均匀分布。
同样地，如图1所示，出气板3还具有出气导流腔34，出气导流腔34与出气腔33连通，出气孔341通过出气导流腔34与出气腔33连通。
进一步地，如图1所示，具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱还包括进气管5和出气管6，进气管5连接在进气板2上并与进气腔23连通，且在第一方向上，进气管5与进气腔23的连通处位于进气板2的中心位置处，出气管6连接在出气板3上并与出气腔33连通，且在第一方向上，出气管6与出气腔33的连通处位于出气板3的中心位置处。由此，可以减小进气腔23内的不同区域与进气处的相对位置差异，以及减小出气腔33内的不同区域与出气处的相对位置差异，方便进入气腔的气体快速均匀扩散。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，多个所述堆芯在第一方向上排布，所述进出气布气箱包括：
进气板，所述进气板在第二方向上位于所述堆芯的一侧并与所述堆芯紧密接触，所述第二方向与所述第一方向正交，所述进气板具有与外界连通进气腔，所述进气板与所述堆芯接触的端面上设有多个间隔开的进气孔，且多个所述进气孔与多个所述堆芯一一对应，所述进气孔与所述进气腔连通；
出气板，所述出气板在所述第二方向上位于所述堆芯的另一侧并与所述堆芯紧密接触，所述出气板具有与外界连通的出气腔，所述出气板与所述堆芯接触的端面上设有多个间隔开的出气孔，多个所述出气孔与多个所述堆芯一一对应，所述出气孔与所述出气腔连通，所述进气腔和/或所述出气腔内均匀填充多个球形物体。
2.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，所述进气板包括阳极进气板和阴极进气板，所述出气板包括阳极出气板和阴极出气板，所述阳极进气板、所述阴极进气板、所述阳极出气板和所述阴极出气板中的至少一个的气腔内均匀填充所述球形物体。
3.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，所述进气板上设有上集流板，所述上集流板适于将所述进气板上的电流引出，所述出气板上设有下集流板，所述下集流板适于将所述出气板上的电流引出。
4.根据权利要求3所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，所述上集流板为多个，多个所述上集流板连接在所述进气板的外周壁上并沿所述进气板的周向间隔布置，所述下集流板为多个，多个所述下集流板连接在所述出气板的外周壁上并沿所述出气板的周向间隔布置。
5.根据权利要求4所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，还包括多个连接件，所述连接件沿所述第二方向延伸，所述连接件的一端与所述上集流板连接，所述连接件的另一端与所述下集流板连接，且多个所述上集流板、多个所述下集流板和多个所述连接件一一对应。
6.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，所述进气板还具有进气导流腔，所述进气导流腔与所述进气腔连通，所述进气孔通过进气导流腔与所述进气腔连通。
7.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，所述出气板还具有出气导流腔，所述出气导流腔与所述出气腔连通，所述出气孔通过所述出气导流腔与所述出气腔连通。
8.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，还包括进气管和出气管，所述进气管连接在所述进气板上并与所述进气腔连通，且在所述第一方向上，所述进气管与所述进气腔的连通处位于所述进气板的中心位置处，出气管连接在所述出气板上并与所述出气腔连通，且在所述第一方向上，所述出气管与所述出气腔的连通处位于所述出气板的中心位置处。
9.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，多个所述球形物体中的至少部分的直径尺寸与其余所述球形物体的直径尺寸不同。
10.根据权利要求1所述的具有多个堆芯的燃料电池堆进出气布气箱，其特征在于，所述球形物体采用陶瓷材料或金属材料制成。
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