CN216488166U - 一种氢燃料单元电池的总体结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氢燃料单元电池的总体结构，包括电池主体结构，该电池主体结构内形成有阳极气体流通路径、阴极气体流通路径和冷却液流通路径，阳极气体流通路径和冷却液流通路径均包括对称设置的两个U型流动路径，阳极气体流通路径和冷却液流通路径整体相互平行，阴极气体流通路径垂直于阳极气体流通路径和冷却液流通路径；阳极气体流通路径按第一时针方向流通，冷却液流通路径按第一时针方向的反方向流通，阴极气体流通路径的入口处靠近阳极气体流通路径的出口处；阴极气体流通路径为直线型流通路径。与现有技术相比，本实用新型提高了反应气体的利用率、换热效率、提高了电池性能。

Description

一种氢燃料单元电池的总体结构

技术领域

本实用新型涉及氢燃料电池技术领域，尤其是涉及一种氢燃料单元电池的总体结构。

背景技术

氢燃料单元电池内部由从阳极流入的氢气与从阴极流入的空气反应，生成水，其反应产生的热量，由冷却液带走，所以氢燃料单元电池一般设置阳极气体入口21、阳极气体出口26、阴极气体入口24、阴极气体出口23、冷却液入口25和冷却液出口22，如图1-3所示，为现有的一种氢燃料单元电池的结构示意，其在氢燃料单元电池的一侧分别设置阳极气体入口、冷却液出口和阴极气体出口；另一侧分别设置阴极气体入口、冷却液入口和阳极气体出口，该结构均采用直线型的流通方式，其气体浓度存在较大的梯度，难以保证氢燃料单元电池内整体反应的均衡性，因此电池性能不高。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在电池性能不高的缺陷而提供一种氢燃料单元电池的总体结构。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种氢燃料单元电池的总体结构，包括电池主体结构，该电池主体结构内形成有阳极气体流通路径、阴极气体流通路径和冷却液流通路径，所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径均包括对称设置的两个U型流动路径，所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径整体相互平行，所述阴极气体流通路径垂直于所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径。

进一步地，所述阳极气体流通路径按第一时针方向流通，所述冷却液流通路径按第一时针方向的反方向流通，所述阴极气体流通路径的入口处靠近所述阳极气体流通路径的出口处，所述第一时针方向为顺时针或者逆时针方向。

进一步地，所述阴极气体流通路径为直线型流通路径。

进一步地，所述电池主体结构的截面为长方形结构。

进一步地，所述电池主体结构的左上角设有第一阳极气体入口、左下角设有第一阳极气体出口、右上角设有第二阳极气体入口、右下角设有第二阳极气体出口。

进一步地，所述电池主体结构的左侧上方设有第一冷却剂出口、左侧下方设有第一冷却剂入口、右侧上方设有第二冷却剂出口、右侧下方设有第二冷却剂入口。

进一步地，所述电池主体结构的上侧设有多个阴极气体出口、下侧设有多个阴极气体入口。

进一步地，所述电池主体结构的上侧设有6个阴极气体出口、下侧设有6个阴极气体入口。

进一步地，所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径的进口和出口均位于所述电池主体结构短边，所述阴极气体流通路径的进口和出口均位于所述电池主体结构长边。

进一步地，所述阳极气体流通路径用于通入氢气，所述阴极气体流通路径用于通入空气。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

阳极气体流通路径为对称设置的两个U型流动路径，两段布置可以增加反应面积上气体浓度的均匀性，有利于反应的进行；布置为折线型，增加反应面上的气体浓度，提高反应气体的利用率，提高电池性能。

阴极气体流通路径分别布置多个进口和出口，可以减小沿程阻力，减小通道长度方向上的负载效应；流动路径沿着极板的短边布置，使反应面积上的气体浓度比较均匀，沿着通道方向，气体浓度衰减减小，且排水通道缩短，有利于增强传质，增强排水，从而提高电池性能。

冷却液流通路径为对称设置的两个U型流动路径，布置为两路，可以减小流动阻力。流动路径布置为U型，使冷却液在反应面积上分布均匀，能够与电池充分进行热交换，及时将电池产生的热量带走，增强换热效率。

附图说明

图1为现有技术中一种氢燃料单元电池的阳极进出口布置图；

图2为现有技术中一种氢燃料单元电池的阴极气体进出口布置图；

图3为现有技术中一种氢燃料单元电池的冷却液进出口布置图；

图4为本实用新型实施例中提供的一种氢燃料单元电池的总体结构示意图；

图5为本实用新型实施例中提供的一种氢燃料单元电池的阳极气体流动路径示意图；

图6为本实用新型实施例中提供的一种氢燃料单元电池的阴极气体流动路径示意图；

图7为本实用新型实施例中提供的一种氢燃料单元电池的冷却剂流动路径示意图；

图4中，1、第一阳极气体入口，2、第一阳极气体出口，3、第二阳极气体入口，4、第二阳极气体出口，5、第一冷却剂出口，6、第一冷却剂入口，7、第二冷却剂出口，8、第二冷却剂入口，9、阴极气体出口，10、阴极气体入口；

21、阳极气体入口，22、冷却液出口，23、阴极气体出口，24、阴极气体入口，25、冷却液入口，26、阳极气体出口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

需要说明的是，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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

如图4-7所示，本实施例提供一种氢燃料单元电池的总体结构，包括电池主体结构，该电池主体结构内形成有阳极气体流通路径、阴极气体流通路径和冷却液流通路径，阳极气体流通路径和冷却液流通路径均包括对称设置的两个U型流动路径，阳极气体流通路径和冷却液流通路径整体相互平行，阴极气体流通路径垂直于阳极气体流通路径和冷却液流通路径。

作为一种优选的实施方式，为提升热交换效率，阳极气体流通路径按第一时针方向流通，冷却液流通路径按第一时针方向的反方向流通，阴极气体流通路径的入口处靠近阳极气体流通路径的出口处，第一时针方向为顺时针或者逆时针方向。阴极气体流通路径为直线型流通路径。

本实施例中，电池主体结构的截面为长方形结构，其具体结构为：

电池主体结构的左上角设有第一阳极气体入口1、左下角设有第一阳极气体出口2、右上角设有第二阳极气体入口3、右下角设有第二阳极气体出口4。

电池主体结构的左侧上方设有第一冷却剂出口5、左侧下方设有第一冷却剂入口6、右侧上方设有第二冷却剂出口7、右侧下方设有第二冷却剂入口8。

电池主体结构的上侧设有多个阴极气体出口9、下侧设有多个阴极气体入口10。本实施例中，电池主体结构的上侧设有6个阴极气体出口9、下侧设有6个阴极气体入口10。阴极气体出口9和阴极气体入口10的位置一一对应。

阳极气体流通路径用于通入氢气，阴极气体流通路径用于通入空气。

作为一种优选的实施方式，阳极气体流通路径和冷却液流通路径的进口和出口均位于电池主体结构短边，阴极气体流通路径的进口和出口均位于电池主体结构长边。

工作原理：阳极布置为两个进气口和两个出气口，分别布置在左上角和右上角；阴极布置为6个进口和6个出口，分别布置在顶端和下端；左侧中部和右侧中部布置两个冷却液进口和出口。氢气分两路流入电池，流动路径布置为折线型，经出口流出。空气由6个进气口流入电池，流动路径布置为直线型。冷却液分两路流入电池，流动路径布置为U型。阴阳极气体经气体扩散层到电极发生反应，生成水。电池发生反应同时产生热量，由冷却液带走。

具有以下优势：

1、氢气和空气布置为逆向流，能够均衡反应面积上的反应气浓度，使反应在整个电池上较均一的进行。冷却液和空腔布置为同向流，利用冷却液的进出口温度梯度，平衡阴极的水蒸发和冷凝速率，使反应在全段都维持合适的温度和湿度范围，有利于提高电池性能。

2、与现有技术相比，本实施例阳极布置为两个进口和出口，气体分两段流入电池，能够减小流动阻力。两段布置可以增加反应面积上气体浓度的均匀性，有利于反应的进行。布置为折线型，增加反应面上的气体浓度，提高反应气体的利用率，提高电池性能。

3、与现有技术相比，本实施例阴极分别布置6个进口和出口，可以减小沿程阻力，减小通道长度方向上的负载效应。流动路径沿着极板的短边布置，使反应面积上的气体浓度比较均匀，沿着通道方向，气体浓度衰减减小，且排水通道缩短，有利于增强传质，增强排水，从而提高电池性能。

4、与现有技术相比，实施例冷却液布置为两路，可以减小流动阻力。流动路径布置为U型，使冷却液在反应面积上分布均匀，能够与电池充分进行热交换，及时将电池产生的热量带走，增强换热效率。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种氢燃料单元电池的总体结构，包括电池主体结构，该电池主体结构内形成有阳极气体流通路径、阴极气体流通路径和冷却液流通路径，其特征在于，所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径均包括对称设置的两个U型流动路径，所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径整体相互平行，所述阴极气体流通路径垂直于所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径。

2.根据权利要求1所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述阳极气体流通路径按第一时针方向流通，所述冷却液流通路径按第一时针方向的反方向流通，所述阴极气体流通路径的入口处靠近所述阳极气体流通路径的出口处，所述第一时针方向为顺时针或者逆时针方向。

3.根据权利要求1所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述阴极气体流通路径为直线型流通路径。

4.根据权利要求1所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述电池主体结构的截面为长方形结构。

5.根据权利要求4所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述电池主体结构的左上角设有第一阳极气体入口(1)、左下角设有第一阳极气体出口(2)、右上角设有第二阳极气体入口(3)、右下角设有第二阳极气体出口(4)。

6.根据权利要求4所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述电池主体结构的左侧上方设有第一冷却剂出口(5)、左侧下方设有第一冷却剂入口(6)、右侧上方设有第二冷却剂出口(7)、右侧下方设有第二冷却剂入口(8)。

7.根据权利要求4所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述电池主体结构的上侧设有多个阴极气体出口(9)、下侧设有多个阴极气体入口(10)。

8.根据权利要求7所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述电池主体结构的上侧设有6个阴极气体出口(9)、下侧设有6个阴极气体入口(10)。

9.根据权利要求4所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述阳极气体流通路径和冷却液流通路径的进口和出口均位于所述电池主体结构短边，所述阴极气体流通路径的进口和出口均位于所述电池主体结构长边。

10.根据权利要求1所述的一种氢燃料单元电池的总体结构，其特征在于，所述阳极气体流通路径用于通入氢气，所述阴极气体流通路径用于通入空气。

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