CN115799563A - 一种均温板集成式电堆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均温板集成式电堆，包括第一双极板和第二双极板，第一双极板和第二双极板具有结构相同的发热区域，及沿发热区域的两个不同方向延伸并与发热区域连接的散热区域，第一双极板和第二双极板均为多片并以发热区域为对齐基准依次层叠设置；膜电极，设置于相邻的第一双极板和第二双极板之间，膜电极的两侧均接触有发热区域；散热风扇，用于向散热区域吹入冷却风以进行散热，散热风扇的吹风范围覆盖任一位置的散热区域。本发明通过两种双极板在依次层叠设置时，散热区域的位置差异，以相较现有技术增大相邻散热区域的间距，达到提升层叠的散热区域的散热性能的目的，进而提升均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种均温板集成式电堆。
背景技术
均温板集成式电堆是一种将多片双极板与膜电极组成的三明治结构重复堆叠而成的一种结构，其中，双极板的作用是将反应气体，常用的例如氢气和空气，通过气体通道，输送到膜电极的活性区内，以使电化学反应得以发生，产生电流，同时双极板也起到传到电子的作用。另外，双极板上的密封结构可以将气体密封在反应区之内，不会向外部环境泄露。
现有技术中，申请日为2022年9月15日，申请号为202211123437.5的中国专利公开了一种双极板结构，并集成设置用于反应的发热区域和用于冷却的散热区域，结构简单且散热效果好，同时公开了一种包含上述双极板的均温板集成式电堆。
上述申请文件中虽然公开了使用双极板集成结构的均温板集成式电堆，并设置外部风扇进行电堆的空冷冷却，但均温板集成式电堆中双极板的堆叠方式均为相邻两片双极板间夹设一层膜电极，设置于发热区域的膜电极的厚度通常为0.3mm-0.5mm，导致相邻两片双极板上散热区域之间的间距仅为0.3mm-0.5mm，间隙较小而导致气体流阻过大，即使采用强制对流，也难以保证足够的冷却空气进入整个散热区域，造成膜电极的温度过高，进而使得电堆的发电性能降低，膜电极的寿命减短。
因此，如何提升均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种均温板集成式电堆，以提升均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种均温板集成式电堆，包括：
第一双极板和第二双极板，所述第一双极板和所述第二双极板具有结构相同的发热区域，及沿所述发热区域的两个不同方向延伸并与所述发热区域连接的散热区域，所述第一双极板和第二双极板均为多片并以所述发热区域为对齐基准依次层叠设置；
膜电极，设置于相邻的所述第一双极板和所述第二双极板之间，所述膜电极的两侧均接触有所述发热区域；
散热风扇，用于向所述散热区域吹入冷却风以进行散热，所述散热风扇的吹风范围覆盖任一位置的所述散热区域。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述发热区域为矩形构型，所述第一双极板包括第一散热区域，所述第一散热区域从所述发热区域的第一边处起远离所述发热区域延伸；
所述第二双极板包括第二散热区域，所述第二散热区域从所述发热区域的第二边处起远离所述发热区域延伸，所述第一边与所述第二边为所述发热区域相邻或相对的两条边。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述散热风扇包括第一散热风扇和第二散热风扇，所述第一散热风扇朝向层叠的所述第一散热区域设置，且所述第一散热风扇的吹风方向与所述第一散热区域平行；
所述第二散热风扇朝向层叠的所述第二散热区域设置，且所述第二散热风扇的吹风方向与所述第二散热区域平行。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述膜电极厚度为d1，所述第一双极板和所述第二双极板的厚度均为d2，相邻所述第一散热区域之间的距离为(2d1+d2)，相邻所述第二散热区域之间的距离为(2d1+d2)。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，d1值为0.3mm-0.5mm，d2值为1.0mm-2.0mm。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，还包括多片具有所述发热区域的第三双极板，所述第三双极板还包括第三散热区域，所述第三散热区域从所述发热区域的第三边处起远离所述发热区域延伸，且所述第三边为所述发热区域上与所述第一边和所述第二边位置均不同的一条边；
所述第一双极板、所述第二双极板和所述第三双极板以所述发热区域为对齐基准平行层叠设置，且任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述散热风扇包括第一散热风扇、第二散热风扇和第三散热风扇，以分别朝向所述发热区域的所述第一边、所述第二边和所述第三边吹入冷却风。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，还包括多片具有所述发热区域的第四双极板，所述第四双极板还包括第四散热区域，所述第四散热区域从所述发热区域的第四边处起远离所述发热区域延伸，且所述第四边为所述发热区域上与所述第一边、所述第二边和所述第三边位置均不同的一条边；
四种结构不同的双极板以所述发热区域为对齐基准平行层叠设置，且任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述散热风扇包括第一散热风扇、第二散热风扇、第三散热风扇和第四散热风扇，以分别朝向所述发热区域的所述第一边、所述第二边、所述第三边和所述第四边吹入冷却风。
优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述散热风扇为轴流式风扇。
本发明提供的均温板集成式电堆，包括第一双极板、第二双极板、膜电极和散热风扇，其中，第一双极板和第二双极板均具有结构相同的发热区域，及沿着发热区域的两个不同方向延伸并与发热区域连接的散热区域，需要说明的是，此处发热区域的两个不同方向具体指发热区域上两个不在同一直线上的两边远离发热区域的延伸方向，同时散热区域与发热区域连接的目的是顺利接收发热区域产生的反应热以进行冷却；第一双极板和第二双极板均设置多片，且多片第一双极板和第二双极板以发热区域为对其基准依次层叠设置，此处以发热区域为对齐基准具体指第一双极板和第二双极板平行设置，以保证发热区域的平行状态，同时多片双极板上的发热区域在垂直于任一双极板的方向上投影完全重合，在多片第一双极板和第二双极板以发热区域为对其基准依次层叠设置时，第一双极板和第二双极板上的散热区域分别层叠平行设置，而由于第一双极板和第二双极板交替设置，使得相邻状态的第一双极板上散热区域之间的间距，以及相邻状态的第二双极板上散热区域之间的间距均大于现有技术中相邻散热区域之间的间距，而间距更大的散热区域能够为冷却风提供更大的流动空间，进而提升冷却风对散热区域的冷却效果，以显著均温板集成式电堆的散热效果。
同样地，膜电极设置于相邻的第一双极板和第二双极板之间，且膜电极的两侧分别与第一双极板和第二双极板的发热区域连接以进行均温板集成式电堆发电所需的反应；而散热风扇用于向均温板集成式电堆上的散热区域吹入冷却风以进行散热，散热风扇设置若干个以满足其吹风范围覆盖任一位置的散热区域，保证冷却风对散热区域的冷却效果。本发明提供的均温板集成式电堆，包括多个平行且层叠设置的第一双极板和第二双极板，第一双极板和第二双极板以结构相同的发热区域为对齐基准设置，以通过相邻发热区域夹设膜电极的三明治结构进行发电反应，同时第一双极板和第二双极板上的散热区域分别与发热区域连接，但其沿发热区域的两个不同方向进行延伸，以使得在均温板集成式电堆上层叠设置有散热区域的位置，相邻散热区域之间的间距均大于现有技术中相邻散热区域之间的间距，而相邻散热区域间距的增大在均温板集成式电堆进行空冷散热时，能够使冷却风易于流入和流出散热区域之间的空间，进而优化均温板集成式电堆的散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的具有第一双极板和第二双极板的均温板集成式电堆结构俯视示意图；
图2为图1的正向视图；
图3为现有技术的均温板集成式电堆中双极板安装结构示意图；
图4为本发明实施例提供的具有四种结构双极板的均温板集成式电堆结构正向示意图；
图5为图4的俯视视图；
其中，10为第一双极板，110为第一散热区域，20为第二双极板，210为第二散热区域，30为第三双极板，310为第三散热区域，40为第四双极板，410为第四散热区域，500为发热区域，60为膜电极，710为第一散热风扇，720为第二散热风扇，730为第三散热风扇，740为第四散热风扇，80为现有双极板。
具体实施方式
本发明的核心在于公开一种均温板集成式电堆，以提升均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面参照附图对本发明实施例进行说明。此外，下面所示的实施例不对权利要求所记载的发明内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的发明的解决方案所必需的。
如图1及图2所示，本发明实施例提供的均温板集成式电堆，包括第一双极板10、第二双极板20、膜电极60和散热风扇，其中，第一双极板10和第二双极板20均具有结构相同的发热区域500，发热区域500分为活性区、密封区和腔口区等，用于发生反应并产热，第一双极板10和第二双极板20均还具有沿着发热区域500的两个不同方向延伸并与发热区域500连接的散热区域。
需要说明的是，此处发热区域500的两个不同方向具体指发热区域500上两个不在同一直线上的两边远离发热区域500的延伸方向，同时散热区域与发热区域500连接的目的是顺利接收发热区域500产生的反应热以进行冷却。
第一双极板10和第二双极板20均设置有多片，且多片第一双极板10和第二双极板20以发热区域500为对其基准依次层叠设置，此处需要说明的是，以发热区域500为对齐基准进行第一双极板10和第二双极板20的设置具体指，第一双极板10和第二双极板20在平行设置以保证发热区域500的平行状态的同时，多片双极板上的发热区域500在垂直于任一双极板的方向上投影完全重合。
进一步地，在多片第一双极板10和第二双极板20以发热区域500为对其基准依次层叠设置时，第一双极板10和第二双极板20上的散热区域分别层叠平行设置，而由于第一双极板10和第二双极板20交替设置，使得相邻状态的第一双极板10上散热区域之间的间距，以及相邻状态的第二双极板20上散热区域之间的间距均大于现有技术中，使用现有双极板80层叠设置时相邻散热区域之间的间距，而间距更大的散热区域能够为冷却风提供更大的流动空间，进而提升冷却风对散热区域的冷却效果，以显著均温板集成式电堆的散热效果。
同样地，膜电极60设置于相邻的第一双极板10和第二双极板20之间，且膜电极60的两侧分别与第一双极板10和第二双极板20的发热区域500连接以进行均温板集成式电堆发电所需的反应；而散热风扇用于向均温板集成式电堆上的散热区域吹入冷却风以进行散热，散热风扇设置若干个以满足其吹风范围覆盖任一位置的散热区域，保证冷却风对散热区域的冷却效果，从而使得均温板集成式电堆能够以更高的电密点进行运行。
本发明实施例提供的均温板集成式电堆，包括多个平行且层叠设置的第一双极板10和第二双极板20，第一双极板10和第二双极板20以结构相同的发热区域500为对齐基准进行层叠设置，以通过相邻发热区域500夹设膜电极60的三明治结构进行发电反应，同时第一双极板10和第二双极板20上的散热区域分别与发热区域500连接，但其沿发热区域500的两个不同方向进行延伸，以使得在均温板集成式电堆上层叠设置有散热区域的位置，相邻散热区域之间的间距均大于现有技术中相邻散热区域之间的间距，而相邻散热区域间距的增大在均温板集成式电堆进行空冷散热时，能够使冷却风易于流入和流出散热区域之间的空间，进而优化均温板集成式电堆的散热效果。
进一步地，如图1及图2所示，在本发明一具体实施例中，发热区域500为矩形构型，第一双极板10包括发热区域500和第一散热区域110，其中，第一散热区域110从发热区域500的第一边处起朝向远离发热区域500的方向延伸，对应地，第二双极板20包括发热区域500和第二散热区域210，其中，第二散热区域210从发热区域500的第二边处起朝向远离发热区域500的方向延伸，此处散热区域的第一边和第二边为矩形的发热区域500上相邻或相对的两条边，即存在以下实施例的情况：第一边和第二边为散热区域上相对的两条长边；第一边和第二边为散热区域上相对的两条短边；第一边为散热区域上的长边，第二边为散热区域上的短边；第一边为散热区域上的短边，第二边为散热区域上的长边，如图2所示，该实施例为第一边和第二边为散热区域上相对的两条长边时，第一双极板10和第二双极板20的安装效果示意。
需要说明的是，上述实施例中第一双极板10和第二双极板20的结构形式，能够实现在第一双极板10和第二双极板20进行交错层叠设置时，第一散热区域110和第二散热区域210在垂直于第一双极板10方向上的投影不会产生重叠，在该方向上相邻散热区域之间的间距会显著大于现有技术中相邻散热区域之间的间距，以此实现增强均温板集成式电堆散热性能的目的。
在上述实施例的基础上，散热风扇包括第一散热风扇710和第二散热风扇720，其中，第一散热风扇710朝向层叠的第一散热区域110设置，且设置第一散热风扇710的吹风方向与第一散热区域110平行，需要说明的是，第一散热风扇710的吹风方向与层叠设置的多层第一散热区域110平行，能够减小第一散热风扇710吹出的冷却风与第一散热风扇710间的流动阻力，使得冷却风更易于进入第一散热区域110与发热区域500的连接位置，以加强散热效果。
对应地，第二散热风扇720朝向层叠的第二散热区域210设置，且第二散热风扇720的吹风方向与第二散热区域210平行，以加强第二散热区域210的散热效果。
如图2所示，以本发明一具体实施例进行说明，第一边和第二边为散热区域上相对的两条长边，膜电极60厚度为d1，第一双极板10和第二双极板20的厚度均为d2，在第一双极板10和第二双极板20完成安装后，相邻的第一散热区域110之间的距离为(2d1+d2)，同样的，相邻第二散热区域210之间的距离同样为(2d1+d2)，而上述膜电极60和双极板在应用于现有技术的均温板集成式电堆上时，如图3所示，均温板集成式电堆中任意相邻的现有双极板80之间的距离，即任意相邻散热区域之间的距离均为膜电极60的厚度，即d1，而显然(2d1+d2)大于(d1)，而散热区域之间的距离与散热区域的散热能力相关，间距更大的散热区域易于冷却风的吹入而提升散热效率，因此容易看出本发明实施例中第一散热区域110和第二散热区域210的散热效果均强于现有技术中散热区域的散热能力。
进一步地，在本发明一具体实施例中，膜电极60的厚度d1值为0.3mm-0.5mm，优选为0.4mm，而第一双极板10和第二双极板20的厚度d2值为1.0mm-2.0mm，优选为1.5mm；因此本发明实施例中第一散热区域110和第二散热区域210中相邻散热区域之间的距离能够达到2.3mm，均温板集成式电堆中相邻散热区域之间的间隙显著增大，提高均温板集成式电堆的散热能力，降低了均温板集成式电堆的运行温度。
进一步地，为了进一步提升相邻散热区域之间的间距，以进一步提升均温板集成式电堆的散热效果，在本发明一具体实施例中，均温板集成式电堆还包括多片第三双极板30，第三双极板30具有与第一双极板10和第二双极板20结构相同的发热区域500，同样，第三双极板30还包括第三散热区域310，第三散热区域310从发热区域500的第三边处起远离发热区域500延伸，此处需要进行说明的是，第三边为发热区域500上与第一边和第二边位置均不同的一条边，第三双极板30在均温板集成式电堆上的安装方式与第一双极板10和第二双极板20的安装方式相似，即第一双极板10、第二双极板20和第三双极板30均以发热区域500为对齐基准平行层叠设置，且任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板，需要说明的是，此处任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板具体指，在均温板集成式电堆上，相邻安装的两片双极板可以为第一双极板10和第二双极板20、第一双极板10和第三双极板30或第二双极板20和第三双极板30的组合形式，上述结构形式能够保证处于相邻状态的第一散热区域110，相邻的第二散热区域210或相邻的第三散热区域310内的间距均大于单片膜电极60的厚度，进而通过增大相邻散热区域的间距以提高均温板集成式电堆的散热能力。
在上述实施例的基础上，为了保证各个散热区域的散热效果，散热风扇包括第一散热风扇710、第二散热风扇720和第三散热风扇730，以分别朝向发热区域500的第一边、第二边和第三边吹入冷却风，加速第一散热区域110、第二散热区域210和第三散热区域310的冷却。
为了进一步优化上述技术方案，如图4及图5所示，在本发明另一具体实施中，均温板集成式电堆还包括多片第四双极板40，第四双极板40具有与第一双极板10结构相同的发热区域500，同样，第四双极板40还包括第四散热区域410，第四散热区域410从发热区域500的第四边处起远离发热区域500延伸，此处需要进行说明的是，第四边为发热区域500上与第一边、第二边和第三边位置均不同的一条边，第一双极板10、第二双极板20、第三双极板30和第四双极板40均以发热区域500为对齐基准平行层叠设置，且任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板，以如上述实施例相同，通过增大相邻散热区域的间距以提高均温板集成式电堆的散热能力。
在上述实施例的基础上，为了保证各个散热区域的散热效果，散热风扇包括第一散热风扇710、第二散热风扇720、第三散热风扇730和第四散热风扇740，以分别朝向发热区域500的第一边、第二边、第三边和第四边吹入冷却风，进而加速第一散热区域110、第二散热区域210、第三散热区域310和第四散热区域410的冷却。
进一步地，在本发明一具体实施例中，散热风扇为轴流式风扇，以使得散热风扇能够平行吹出冷却风，进而减小冷却风在经过平行设置的散热区域时的风阻，以达到加速散热区域散热的目的。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“左侧”和“右侧”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种均温板集成式电堆，其特征在于，包括：
第一双极板(10)和第二双极板(20)，所述第一双极板(10)和所述第二双极板(20)具有结构相同的发热区域(500)，及沿所述发热区域(500)的两个不同方向延伸并与所述发热区域(500)连接的散热区域，所述第一双极板(10)和第二双极板(20)均为多片并以所述发热区域(500)为对齐基准依次层叠设置；
膜电极(60)，设置于相邻的所述第一双极板(10)和所述第二双极板(20)之间，所述膜电极(60)的两侧均接触有所述发热区域(500)；
散热风扇，用于向所述散热区域吹入冷却风以进行散热，所述散热风扇的吹风范围覆盖任一位置的所述散热区域。
2.如权利要求1所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述发热区域(500)为矩形构型，所述第一双极板(10)包括第一散热区域(110)，所述第一散热区域(110)从所述发热区域(500)的第一边处起远离所述发热区域(500)延伸；
所述第二双极板(20)包括第二散热区域(210)，所述第二散热区域(210)从所述发热区域(500)的第二边处起远离所述发热区域(500)延伸，所述第一边与所述第二边为所述发热区域(500)相邻或相对的两条边。
3.如权利要求2所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述散热风扇包括第一散热风扇(710)和第二散热风扇(720)，所述第一散热风扇(710)朝向层叠的所述第一散热区域(110)设置，且所述第一散热风扇(710)的吹风方向与所述第一散热区域(110)平行；
所述第二散热风扇(720)朝向层叠的所述第二散热区域(210)设置，且所述第二散热风扇(720)的吹风方向与所述第二散热区域(210)平行。
4.如权利要求2所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述膜电极(60)厚度为d1，所述第一双极板(10)和所述第二双极板(20)的厚度均为d2，相邻所述第一散热区域(110)之间的距离为(2d1+d2)，相邻所述第二散热区域(210)之间的距离为(2d1+d2)。
5.如权利要求4所述的均温板集成式电堆，其特征在于，d1值为0.3mm-0.5mm，d2值为1.0mm-2.0mm。
6.如权利要求2所述的均温板集成式电堆，其特征在于，还包括多片具有所述发热区域(500)的第三双极板(30)，所述第三双极板(30)还包括第三散热区域(310)，所述第三散热区域(310)从所述发热区域(500)的第三边处起远离所述发热区域(500)延伸，且所述第三边为所述发热区域(500)上与所述第一边和所述第二边位置均不同的一条边；
所述第一双极板(10)、所述第二双极板(20)和所述第三双极板(30)以所述发热区域(500)为对齐基准平行层叠设置，且任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板。
7.如权利要求6所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述散热风扇包括第一散热风扇(710)、第二散热风扇(720)和第三散热风扇(730)，以分别朝向所述发热区域(500)的所述第一边、所述第二边和所述第三边吹入冷却风。
8.如权利要求6所述的均温板集成式电堆，其特征在于，还包括多片具有所述发热区域(500)的第四双极板(40)，所述第四双极板(40)还包括第四散热区域(410)，所述第四散热区域(410)从所述发热区域(500)的第四边处起远离所述发热区域(500)延伸，且所述第四边为所述发热区域(500)上与所述第一边、所述第二边和所述第三边位置均不同的一条边；
四种结构不同的双极板以所述发热区域(500)为对齐基准平行层叠设置，且任意相邻的两片双极板为结构不同的双极板。
9.如权利要求8所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述散热风扇包括第一散热风扇(710)、第二散热风扇(720)、第三散热风扇(730)和第四散热风扇(740)，以分别朝向所述发热区域(500)的所述第一边、所述第二边、所述第三边和所述第四边吹入冷却风。
10.如权利要求1-9任一项所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述散热风扇为轴流式风扇。
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2022
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