CN114759217B - 流体通道、包含该流体通道的端板以及包含该流体通道的电堆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流体通道、包含该流体通道的端板以及包含该流体通道的电堆,所述流体通道用于供冷却介质流通,所述流体通道内设置有分流部,所述分流部包括沿所述分流部周向的分流面,所述分流面与所述流体通道的方向成夹角,所述夹角大于0°且小于90°。通过在流体通道内设置分流部,冷却水在流体通道内流动时,分流部上的分流面可以对杂乱的水流进行梳理,并调节水流的方向,使得流体通道内各位置的冷却水的流量均衡,避免形成湍流,进而使各出口的冷却水分布更均匀,流向各出口的冷却水流速大小基本相同,从而提高对电堆的冷却效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体通道、包含该流体通道的端板以及包含该流体通道的电堆。
背景技术
随着氢能产业的蓬勃发展,燃料电池电堆正在向着大功率、长寿命和高功率密度等性能方向发展,在PEMFC(质子交换膜燃料电池)电堆内部是由双极板、膜电极和密封绞线等多层堆叠的一个弹性体,端板对内部结构施加一定的压力,一方面要保证在此压力下极板和膜电极等有比较好的接触,另一方面又要保证各层之间可靠的密封,使流体不至于外漏。现有技术中通常会在端板内部开设一个通道,以保证冷却水的正常供应,在电堆节数较大的情况下,需要的冷却水量会比较大,由于冷却水量的增大,通道内的冷却水容易形成湍流,各出水口的水量分布不均匀,从而导致冷却效果下降,同时端板上也要相应地设置一个较大空间的通道,因此会导致端板的局部强度下降,内部由于存在空间,在施加一定压力下,绝缘板和集电板会产生变形,进而导致电堆密封性能的下降,影响电堆质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中燃料电池电堆的冷却通道内的冷却介质形成湍流导致的冷却效果不佳的缺陷,提供一种流体通道、包含该流体通道的端板以及包含该流体通道的电堆。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题:一种流体通道,所述流体通道用于供冷却介质流通,所述流体通道内设置有分流部,所述分流部包括沿所述分流部周向的分流面,所述分流面与所述流体通道的方向成夹角,所述夹角大于0°且小于90°。
在本方案中,通过在流体通道内设置分流部,冷却水在流体通道内流动时,分流部上的分流面可以对杂乱的水流进行梳理,并调节水流的方向,使得流体通道内各位置的冷却水的流量均衡,避免形成湍流,进而使各出口的冷却水分布更均匀,流向各出口的冷却水流速大小基本相同,从而提高对电堆的冷却效果。
较佳地,所述流体通道包括入口和出口,所述入口和所述出口分别供所述冷却介质流入和流出,所述分流部沿所述流体通道从所述入口到所述出口的方向的横截面面积逐渐增大。
在本方案中,将分流部设计成从入口到出口的方向逐渐增大,在保证对水流的梳理前提下,可以减少对水流的阻力。
较佳地,所述流体通道包括入口和至少两个出口,所述入口和所述出口分别供所述冷却介质流入和流出,所述入口处和任意一个所述出口处均分布有所述分流部。
在本方案中,每个入口和出口对应一个分流部,可以尽可能使每个入口和出口的水流量均衡。
较佳地,所述分流部沿所述流体通道从所述入口到所述出口的方向分为前端和后端,任意一个所述分流部的后端均靠近其所对应的所述出口。
在本方案中,分流部在对水流进行梳理后,水流的方向会沿着分流面的方向,在保证分流部对水流梳理的前提下,分流部的后端靠近出口可以减少对水流的阻力,使流至出口的水流保持较高的流速。
较佳地,所述入口处至少分布两个所述分流部。
在本方案中,流体通道的入口处由于空间较大,容易形成湍流,在入口处设置多个分流部,可以进一步提高对水流的梳理作用,避免湍流的形成。
较佳地,所述流体通道包括入口和出口,所述入口和所述出口分别供所述冷却介质流入和流出,所述流体通道沿所述入口到所述出口的方向逐渐收窄。
流体通道内的水流从入口到出口方向由于阻力的作用流速会逐渐降低,在本方案中,将流体通道设置成逐渐收窄,可以提高出口处的水流速度,使出口处水流能够同时流出(出口与双极板进水口导通,可以使双极板上的进水口能够同时进水)。
较佳地,所述分流部至少两个,所述分流部沿所述流体通道的方向交错分布。
在本方案中,交错分布的分流部可以进一步提高对水流的梳理作用,使流出的水流更顺畅,避免湍流的形成。
较佳地,所述分流部的高度大小不低于所述流体通道的高度大小。
在本方案中,分流部在流体通道内可以对两侧的端板和绝缘板进行支撑,提高端板和绝缘板的强度,防止在施加压力的情形下绝缘板和集电板发生变形,进而避免导致电堆密封性能下降的缺陷。
较佳地,所述分流部呈流线型或者月牙型。
在本方案中,流线型或者月牙型既可以减少对水流的阻力,也能使水流向流体通道的出口处汇聚,提高分流部对水流的梳理作用。
本发明还公开了一种端板,所述端板包括上述的流体通道。
本发明还公开了一种电堆,所述电堆包括上述的流体通道。
较佳地,所述电堆包括端板和绝缘板,所述流体通道位于所述端板和所述绝缘板之间,所述分流部的两端分别与所述端板和所述绝缘板抵接。
在本方案中,分流部在流体通道内可以对两侧的端板和绝缘板进行支撑,提高端板和绝缘板的强度,防止在施加压力的情形下绝缘板和集电板发生变形,进而避免导致电堆密封性能下降的缺陷。
本发明的积极进步效果在于:通过在流体通道内设置分流部,冷却水在流体通道内流动时,分流部上的分流面可以对杂乱的水流进行梳理,并调节水流的方向,使得流体通道内各位置的冷却水的流量均衡,避免形成湍流,进而使各出口的冷却水分布更均匀,流向各出口的冷却水流速大小基本相同,从而提高对电堆的冷却效果。
附图说明
图1为本发明较佳实施例电堆的剖面图。
图2为本发明较佳实施例流体通道示意图。
图3为本发明较佳实施例流体通道分流效果示意图。
图4为本发明较佳实施例电堆局部结构示意图。
图5为本发明较佳实施例电堆示意图。
附图标记说明
端板 1
流体通道 2
分流部 21
分流面 211
前端 212
后端 213
入口 22
出口 23
绝缘板 3
双极板 4
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明,但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图4所示,本实施例公开了一种流体通道,流体通道2用于供冷却介质流通,流体通道2内设置有分流部21,分流部21包括沿分流部21周向的分流面211,分流面211与流体通道2的方向成夹角,夹角大于0°且小于90°。
具体地,本实施例中冷却介质为冷却水,分流部21为立柱式的板状部件,其中一端固定在端板1上,本实施例通过在流体通道2内设置分流部21,冷却水在流体通道2内流动时,分流部21上的分流面211可以对杂乱的水流进行梳理,并调节水流的方向(图3中箭头示出了分流部21分流后冷却水流的流向),使得流体通道2内各位置的冷却水的流量均衡,避免形成湍流,进而流向出口23的水压平衡,流向各出口23的冷却水流速大小基本相同,从而提高对电堆的冷却效果。
如图2和图3所示,在本实施例中,流体通道2包括入口22和多个出口23,入口22和出口23分别供冷却介质流入和流出,分流部21沿流体通道2从入口22到出口23的方向的横截面面积逐渐增大。本实施例将分流部21设计成从入口22到出口23的方向逐渐增大,在保证对水流的梳理前提下,可以减少分流部21对水流的阻力,使冷却水可以更快得到达出口23,从而提高电堆的冷却效果。在其他实施例中,出口的数量也可以只设置一个。
如图2和图3所示,在本实施例中,入口22处和任意一个出口23处均分布有分流部21,在本方案中,入口22和每个出口23均对应设置有分流部21,多个分流部21同时对冷却水进行梳理,可以尽可能的使入口22和每个出口23的水流量均衡,进一步提高分流部21对水流的梳理效果。
如图2和图3所示,在本实施例中,分流部21沿流体通道2从入口22到出口23的方向分为前端212和后端213,任意一个分流部21的后端213均靠近其所对应的出口23,分流部21在对水流进行梳理后,水流的方向会沿着分流面211的方向,在保证分流部21对水流梳理的前提下,分流部21的后端213靠近出口23可以减少对水流的阻力,使流至出口23的水流保持较高的流速。
如图2和图3所示,在本实施例中,入口22处分布有两个分流部21,流体通道2的入口22处由于空间较大,容易形成湍流,在入口22处设置两个分流部21,可以进一步提高对水流的梳理作用,避免湍流的形成。在其他实施例中,入口22处可以设置两个以上的分流部21,进一步提高对水流的梳理作用。
如图2和图3所示,在本实施例中,流体通道2沿入口22到出口23的方向逐渐收窄,通常情况下,流体通道2内的水流从入口22到出口23方向由于阻力的作用流速会逐渐降低,在本实施例中,将流体通道2设置成逐渐收窄,可以提高出口23处的水流速度,尽量使出口23处水流能够同时流出(出口23与双极板4进水口导通,图中未示出双极板进水口,可以使双极板4上的进水口能够同时进水)。
如图2和图3所示,在本实施例中,分流部21沿流体通道2的方向交错分布。交错分布的分流部21可以进一步提高对水流的梳理作用,使流出的水流更顺畅,避免湍流的形成。
如图2和图3所示,在本实施例中,分流部21呈流线型,在其他实施例中,分流部21也可以是月牙型等,本实施例中的流线型分流部21可以减少对水流的阻力,提高分流部21对水流的梳理作用,使流至出口23处的冷却水流保持比较高的流速,从而提高对电堆的冷却效果。
如图1和图4所示,在本实施例中,分流部21的高度大小不低于流体通道2的高度大小。在装配后,分流部21的顶端可以抵接绝缘板3,即分流部21在流体通道2内可以对两侧的端板1和绝缘板3进行支撑,提高了端板1和绝缘板3的强度,防止在施加压力的情形下绝缘板3和集电板发生变形,进而避免导致电堆密封性能下降的缺陷。
需要说明的是,流体通道2沿入口22到出口23的方向逐渐收窄的同时,分流部21在流体通道2内交错分布,使得同一位置处的水流流速均匀,而且使得入口22处和出口23处的水流速度大致相同,同时避免了不同位置处水流速度不同的缺陷;另外,流体通道2逐渐收窄作用使得其空间减小,同时由于分流部21在流体通道2内的支撑作用,提高了局部强度,在施加压力的情况下,绝缘板3和集电板不容易变形。
如图1-图4所示,本实施例还公开了一种端板,端板1包括上述的流体通道2。
如图1、图4和图5所示,本实施例还公开了一种电堆,电堆包括上述的流体通道2。
如图1、图4和图5所示,在本实施例中,电堆包括端板1和绝缘板3,流体通道2位于端板1和绝缘板3之间,分流部21的两端分别与端板1和绝缘板3抵接。在本实施例中,分流部21在流体通道2内可以对两侧的端板1和绝缘板3进行支撑,提高了端板1和绝缘板3的强度,防止在施加压力的情形下绝缘板3和集电板发生变形,进而避免导致电堆密封性能下降的缺陷,保证电堆内部的稳定性,增加密封的可靠性,进一步提升电堆的性能。
本实施例中电堆的装配过程为:首先将双极板4、MEA(膜电极)等按顺序进行叠层,然后将复合式集电绝缘板3、端板1等进行安装,通过压紧杆将电堆压紧,以实现电堆的固定。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对这些实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种流体通道,所述流体通道用于供冷却介质流通,其特征在于,所述流体通道内设置有分流部,所述分流部包括沿所述分流部周向的分流面,所述分流面与所述流体通道的方向成夹角,所述夹角大于0°且小于90°;
所述流体通道包括入口和至少两个出口,所述入口和所述出口分别供所述冷却介质流入和流出,所述入口处和任意一个所述出口处均分布有所述分流部,所述分流部沿所述流体通道从所述入口到所述出口的方向分为前端和后端,任意一个所述分流部的后端均靠近其所对应的所述出口。
2.如权利要求1所述的流体通道,所述流体通道包括入口和出口,所述入口和所述出口分别供所述冷却介质流入和流出,其特征在于,所述分流部沿所述流体通道从所述入口到所述出口的方向的横截面面积逐渐增大。
3.如权利要求1所述的流体通道,其特征在于,所述入口处至少分布两个所述分流部。
4.如权利要求1所述的流体通道,所述流体通道包括入口和出口,所述入口和所述出口分别供所述冷却介质流入和流出,其特征在于,所述流体通道沿所述入口到所述出口的方向逐渐收窄。
5.如权利要求1所述的流体通道,其特征在于,所述分流部至少两个,所述分流部沿所述流体通道的方向交错分布。
6.如权利要求1所述的流体通道,其特征在于,所述分流部的高度大小不低于所述流体通道的高度大小。
7.如权利要求1-6任意一项所述的流体通道,其特征在于,所述分流部呈流线型或者月牙型。
8.一种端板,其特征在于,所述端板包括权利要求1-7任意一项所述的流体通道。
9.一种电堆,其特征在于,所述电堆包括权利要求1-7任意一项所述的流体通道。
10.如权利要求9所述的电堆,其特征在于,所述电堆包括端板和绝缘板,所述流体通道位于所述端板和所述绝缘板之间,所述分流部的两端分别与所述端板和所述绝缘板抵接。
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