CN115863687A - 一种双极板及均温板集成式电堆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双极板，包括发热区域和散热区域，发热区域和散热区域连通且相对设置于双极板的两端，散热区域开设有通风孔，通风孔关于双极板的对称线对称，且通风孔靠近发热区域和散热区域的共用边开设；相变介质，相变介质的填充区域接触发热区域和散热区域，相变介质用于吸收发热区域的热量，并将热量传输至散热区域。本发明提供的双极板，通过在散热区域开设通风孔，以使得双极板在使用过程中能够通过通风孔进行散热，并且在双极板安装至均温板集成式电堆时冷却空气能够从通风孔流通，而避免相邻双极板之间热点区域的产生，提高均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果。本发明还公开了一种包含上述双极板的均温板集成式电堆。

Description

一种双极板及均温板集成式电堆

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种双极板及均温板集成式电堆。

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。

均温板集成式电堆在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，但由于相邻的双极板组合成为三面开口的区域，而风扇常设置于双极板的平分面，从而导致从风扇吹出的散热空气仅能从相邻双极板的两侧开口流出，而相邻双极板之间存在风速为零的热点区域，造成局部温度偏高而不利于散热，进而使得其提供的均温板集成式电堆适用性较差。

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，以提升均温板集成式电堆的适用性，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

均温板集成式电堆

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种双极板，以提高包含该双极板的均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果。

本发明的另一目的在于提供一种包含上述双极板的均温板集成式电堆。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种双极板，包括发热区域和散热区域，所述发热区域和所述散热区域连通且相对设置于所述双极板的两端，所述散热区域开设有通风孔，所述通风孔关于所述散热区域穿过所述发热区域的对称线对称，且所述通风孔靠近所述发热区域和所述散热区域的共用边开设；

相变介质，所述相变介质的填充区域接触所述发热区域和所述散热区域，所述相变介质用于吸收所述发热区域的热量，并将所述热量传输至所述散热区域。

优选地，在上述双极板中，所述通风孔的开口面积占所述散热区域面积的1/10-1/5。

优选地，在上述双极板中，所述通风孔为矩形孔，且所述通风孔的一条边与所述发热区域和所述散热区域的共用边重合。

优选地，在上述双极板中，所述通风孔的构型为圆形、三角形、半圆形或规则阵列的圆形。

一种均温板集成式电堆，包括膜电极、第一散热风扇和上述任一实施例提供的双极板，所述膜电极和所述双极板均为多个，多个所述双极板平行且间隔设置，所述通风孔位于同一直线上，任意相邻的两个所述双极板之间设置有所述膜电极；

所述第一散热风扇与所述发热区域相对设置于所述散热区域的两侧，且所述第一散热风扇的吹风方向与所述散热区域平行。

优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述第一散热风扇的吹风区域覆盖任一所述双极板上的所述散热区域。

优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述第一散热风扇为轴流式风扇。

优选地，在上述均温板集成式电堆中，还包括第二散热风扇，所述第二散热风扇设置于所述通风孔的安装直线上并朝向所述通风孔设置，所述第二散热风扇的吹风方向与所述双极板垂直。

优选地，在上述均温板集成式电堆中，所述第二散热风扇的吹风区域面积不小于单个所述双极板上所述通风孔的面积。

优选地，在上述均温板集成式电堆中，任意相邻的两个双极板之间的间隔距离相等。

本发明提供的双极板，包括发热区域、散热区域和相变介质，其中，发热区域分为活性区、密封区和腔口区等，用于发生反应并产热，散热区域用于与空气进行换热而进行冷却，而相变介质在双极板内的填充区域接触发热区域和散热区域，以通过相变介质吸收发热区域产生的热量，并将热量传输至散热区域，以通过散热区域进行热量的散发，而在双极板的结构形式上，发热区域和散热区域为连接状态，且发热区域和散热区域相对设置于双极板的两端，在散热区域上开设有通风孔，通风孔用于在散热区域进行冷却时为冷却空气提供流通路径，以提升散热区域与空气的换热效率，同时，为了均匀冷却空气在经过通风孔时的流动路径，通风孔关于散热区域穿过发热区域的对称线对称设置，即与现有技术构型相同的矩形散热区域具有两条对称线，其中一条对称线穿过发热区域，而通风孔关于穿过发热区域的对称线对称，以使得通风孔位于散热区域的中心位置，进而使得冷却空气在经过通风孔时流动均匀，同时，由于产生于双极板上的热点区域通常接触发热区域，因此通风孔靠近发热区域和散热区域的共用边开设，以有效缓解热点区域的散热难度。本发明提供的双极板，通过在双极板的散热区域上设置通风孔，以使得冷却空气能够从通风孔经过，而提升散热区域的散热效果，同时，通风孔设置于散热区域的中间位置且靠近发热区域和散热区域的共用边开设，以使得冷却空气能够流经靠近发热区域和散热区域的共用边的位置，有效地对可能产生热点的区域进行空气冷却，使得相较于现有技术，包含上述双极板的均温板集成式电堆的空冷散热效果更佳。

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为现有技术中双极板结构示意图；

图2为本发明实施例提供的双极板结构示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为本发明实施例提供的双极板通风孔结构示意图；

图5为本发明实施例提供的具有阵列结构通风孔的双极板结构示意图；

图6为现有技术中均温板集成式电堆空冷结构示意图；

图7为本发明实施例提供的均温板集成式电堆空冷结构示意图；

图8为本发明实施例提供的具有两个冷却风扇的均温板集成式电堆空冷结构示意图；

其中，10为发热区域，20为散热区域，210为通风孔，30为相变介质，40为热点区域；

100为双极板，200为膜电极，300为第一散热风扇，400为第二散热风扇。

具体实施方式

本发明的核心在于公开一种双极板，以提高包含该双极板的均温板集成式电堆在空冷散热下的散热效果。

本发明的另一目的在于提供一种包含上述双极板的均温板集成式电堆。

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所示，现有技术中提供的双极板在工作过程中，冷却空气在流经散热区域20以与散热区域20换热的过程中，冷却空气会从散热区域20的两侧流出，而导致散热区域20中心连接发热区域10的位置产生风速为零的热点区域40，从而使得散热区域20对发热区域10的散热作用下降，而如图2及图3所示，本发明实施例提供的双极板为均温板集成式双极板，具体包括发热区域10、散热区域20和相变介质30，其中，发热区域10分为活性区、密封区和腔口区等，其用于发生反应并产生热量，散热区域20用于与空气进行换热而进行冷却，而相变介质30填充于双极板内，且相变介质30在双极板内的填充区域接触发热区域10和散热区域20，以通过相变介质30吸收发热区域10产生的热量，并将热量传输至散热区域20，以通过散热区域20进行热量的散发，同时，在双极板的结构形式上，发热区域10和散热区域20为连接状态以加速热量的传输，且发热区域10和散热区域20相对设置于双极板的两端，为了缓解热点区域40的热量集中，在散热区域20上开设有通风孔210，通风孔210用于在散热区域20进行冷却时为冷却空气提供流通路径，以使得冷却空气的流通路径接近或通过热点区域40，进而提升散热区域20与空气的换热效率。

在上述结构形式的基础上，为了均匀冷却空气在经过通风孔210时的流动路径，通风孔210关于散热区域20穿过发热区域10的对称线对称设置，此处需要说明的是，在本发明实施例提供的双极板中，散热区域20为规则的矩形构型且其一边与发热区域10接触，因此矩形构型的散热区域20的一条对称线会穿过发热区域10，而热点区域40多产生于此条对称线上，而通风孔210关于穿过发热区域10的对称线对称，能够使得通风孔210位于散热区域20的中心位置，进而使得冷却空气在经过通风孔210时流动均匀，同时，由于产生于双极板上的热点区域40通常接触发热区域10，因此通风孔210靠近发热区域10和散热区域20的共用边开设，以有效缓解热点区域40的散热难度。

本发明实施例提供的双极板，通过在双极板的散热区域20上设置通风孔210，以使得冷却空气能够从通风孔210经过，而提升散热区域20的散热效果，同时为了提升通风孔210增强散热的效果，通风孔210设置于散热区域20的中间位置且靠近发热区域10和散热区域20的共用边开设，即通风孔210靠近热点区域40设置，以使得冷却空气能够流经靠近发热区域10和散热区域20的共用边的位置，有效地对可能产生的热点区域40进行空气冷却，使得相较于现有技术，包含上述双极板的均温板集成式电堆的空冷散热效果更佳。

进一步地，通风孔210在散热区域20上的面积占比越大，其对于热点区域40的辅助散热效果更强，但散热区域20上开设面积较大的通风孔210会导致散热区域20接收发热区域10热量的效果变差，因此在本发明一具体实施例中，通风孔210的开口面积占据散热区域20面积的1/10-1/5，以平衡散热区域20对发热区域10热量的接收能力和通风孔210对热点区域40的辅助散热效果。

进一步地，为了增强通风孔210辅助散热的效果，在本发明一具体实施例中，通风孔210为矩形孔，且矩形通风孔210的一条边与发热区域10和散热区域20的共用边重合，即通风孔210设置于双极板上最易产生热点区域40的位置，以使得冷却空气的流通路径能够直接经过热点区域40而进行散热。

进一步地，如图4及图5所示，通风孔210的构型可以为圆形、三角形和半圆形的单孔，也可以为规则阵列的圆形孔或其他构型的多个较小的多个孔。

如图7所示，本发明实施例还公开了一种包含上述任一实施例提供的双极板100的均温板集成式电堆，均温板集成式电堆还包括膜电极200和第一散热风扇300，其中，膜电极200和双极板100均为多个，多个双极板100以同样的姿态平行且间隔设置，需要说明的是，此处双极板100同样的姿态指的是均温板集成式电堆在垂直于双极板100方向上的投影为单个双极板100的面积，此时多个双极板100上的通风孔210位于同一直线上，且任意相邻的两个双极板100之间设置有膜电极200，膜电极200接触相邻两片双极板100上的发热区域10设置以进行反应。

第一散热风扇300设置于均温板集成式电堆上层叠散热区域20的一侧，具体的设置形式为第一散热风扇300与发热区域10相对设置于散热区域20的两侧，同时第一散热风扇300的吹风方向与散热区域20平行，需要说明的是，此处第一散热风扇300的吹风方向与散热区域20平行指第一散热风扇300吹出的冷却风在经过任意相邻的两片双极板100上的散热区域20时，冷却风的流向均平行于散热区域20，以减少冷却风的风阻，使得冷却风能够吹入散热区域20与发热区域10的交界位置，进而增强散热效果。

本发明实施例提供的均温板集成式电堆在通过第一散热风扇300进行空冷散热的过程中，由于通风孔210设置于同一直线上，因此第一散热风扇300吹入均温板集成式电堆的冷却风，在平行于散热区域20进行流通并到达通风孔210位置时，会由于膜电极200的阻挡而垂直于散热区域20转向并经过通风孔210，使得靠近散热区域20与发热区域10接触区域有冷却风经过，而如图6所示，现有技术中的均温板集成式电堆在同样进行散热的过程中，会出现竖向的一列热点区域40，冷却风无法流经热点区域40，进而导致热点区域40的散热难度大，对比之下本发明实施例提供的均温板集成式电堆能够实现对双极板100上热点区域40的冷却。

在上述实施例的基础上，优选第一散热风扇300的吹风区域覆盖任一个双极板100上的散热区域20，以保证均温板集成式电堆上的所有散热区域20均能够接收冷却空气。

进一步地，在本发明一具体实施例中，第一散热风扇300为轴流式风扇，以使得第一散热风扇300能够平行出风。

为了进一步优化上述技术方案，如图8所示，本发明实施例提供的均温板集成式电堆还设置有第二散热风扇400，第二散热风扇400设置于通风孔210的安装直线上并朝向通风孔210设置，即第二散热风扇400的吹风方向朝向通风孔210并双极板100垂直，以在第一散热风扇300吹出的冷却风到达通风孔210所在区域时，通过第二散热风扇400辅助冷却风换向，以使冷却风顺利流经通风孔210。

需要说明的是，第二散热风扇400可以设置于层叠通风孔210的两侧的任一侧。

进一步地，第二散热风扇400的吹风区域面积不小于单个双极板100上通风孔210的面积，以使得通风孔210区域均能够接收第二散热风扇400吹出的辅助风。

进一步地，为了保证均温板集成式电堆各位置发热和散热的均匀，任意相邻的两个双极板100之间的间隔距离相等，即多个膜电极200的厚度相同。

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)

1.一种双极板，其特征在于，包括发热区域(10)和散热区域(20)，所述发热区域(10)和所述散热区域(20)连通且相对设置于所述双极板的两端，所述散热区域(20)开设有通风孔(210)，所述通风孔(210)关于所述散热区域(20)穿过所述发热区域(10)的对称线对称，且所述通风孔(210)靠近所述发热区域(10)和所述散热区域(20)的共用边开设；

相变介质(30)，所述相变介质(30)的填充区域接触所述发热区域(10)和所述散热区域(20)，所述相变介质(30)用于吸收所述发热区域(10)的热量，并将所述热量传输至所述散热区域(20)。

2.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述通风孔(210)的开口面积占所述散热区域(20)面积的1/10-1/5。

3.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述通风孔(210)为矩形孔，且所述通风孔(210)的一条边与所述发热区域(10)和所述散热区域(20)的共用边重合。

4.如权利要求1所述的双极板，其特征在于，所述通风孔(210)的构型为圆形、三角形、半圆形或规则阵列的圆形。

5.一种均温板集成式电堆，其特征在于，包括膜电极(200)、第一散热风扇(300)和如权利要求1-4任一项所述的双极板(100)，所述膜电极(200)和所述双极板(100)均为多个，多个所述双极板(100)平行且间隔设置，所述通风孔位于同一直线上，任意相邻的两个所述双极板(100)之间设置有所述膜电极(200)；

所述第一散热风扇(300)与所述发热区域相对设置于所述散热区域的两侧，且所述第一散热风扇(300)的吹风方向与所述散热区域平行。

6.如权利要求5所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述第一散热风扇(300)的吹风区域覆盖任一所述双极板(100)上的所述散热区域。

7.如权利要求5所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述第一散热风扇(300)为轴流式风扇。

8.如权利要求5所述的均温板集成式电堆，其特征在于，还包括第二散热风扇(400)，所述第二散热风扇(400)设置于所述通风孔的安装直线上并朝向所述通风孔设置，所述第二散热风扇(400)的吹风方向与所述双极板(100)垂直。

9.如权利要求8所述的均温板集成式电堆，其特征在于，所述第二散热风扇(400)的吹风区域面积不小于单个所述双极板(100)上所述通风孔的面积。

10.如权利要求5-9任一项所述的均温板集成式电堆，其特征在于，任意相邻的两个双极板(100)之间的间隔距离相等。

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