CN219476746U - 具有热管的氢燃料电池端板和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有热管的氢燃料电池端板和燃料电池，包括端板本体和至少一个热管，端板本体具有氢气入口、氢气出口、冷却液入口、冷却液出口、空气入口和空气出口，氢气入口位于冷却液出口和空气出口中的至少一者的上方，热管的蒸发段位于热管的冷凝段的下方，热管的蒸发段位于冷却液出口和/或空气出口处以与冷却液和/或空气接触，热管的冷凝段位于氢气入口处以与氢气接触，实现对进入电堆的氢气进行加热，从而有效降低阳极氢气中冷凝水对电堆的影响，结构简单，降低了氢气加热结构的复杂程度，并且热管的集成设计大大减少了氢气加热结构的占用空间和制造成本，提高了氢燃料发动机的集成度、体积功率和质量功率。

Description

具有热管的氢燃料电池端板和燃料电池

技术领域

本实用新型设计燃料电池领域，尤其是涉及一种具有热管的氢燃料电池端板以及具有这种电池短板的燃料电池。

背景技术

氢燃料电池是一种将化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置，向氢燃料电池的阳极侧和阴极侧不断供给氢气和氧气，发生氧化还原反应不断地对外输出电能。氢燃料电池在运行时，需要向其连续提供一定压力和流量的高纯度氢气，以保证的电化学反应的正常进行。来自于储氢系统的干态氢气温度接近环境温度，当其与来自氢燃料电池氢循环系统的温度较高的饱和湿氢气混合时，将产生冷凝水，冷凝水进入电堆阳极双极板流道会堵塞氢气运输，导致氢饥渴现象，进而造成电堆衰减加速或损坏。

相关技术中一般采用外部独立的翅片式换热器或者板式换热器配合冷却液支路对氢气进行加热，以减少冷凝水的产生，但是将会导致增加成本、结构复杂且占用空间过大，降低了燃料电池的体积功率和质量功率，而且冷却液支路增加了水泵的流量和扬程损失，增加了燃料电池的散热系统的散热能力需求；此外相关技术中还有采用电加热氢气的方式，但是存在氢电安全问题，在密闭的空间中极易造成危险。

实用新型内容

本实用新型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，本实用新型的实施例提出一种具有热管的氢燃料电池端板。

本实用新型实施例的具有热管的氢燃料电池端板，包括：端板本体，所述端板本体具有氢气入口、氢气出口、冷却液入口、冷却液出口、空气入口和空气出口，所述氢气入口位于所述冷却液出口和所述空气出口中的至少一者的上方；至少一个热管，所述热管的蒸发段位于所述热管的冷凝段的下方，所述热管的蒸发段位于所述冷却液出口和/或所述空气出口处以与冷却液和/或空气接触，所述热管的冷凝段位于所述氢气入口处以与氢气接触。

本实用新型实施例提供的具有热管的氢燃料电池端板包括集成于端板本体中的热管，热管的蒸发段位于冷却液出口处和/或空气出口处，热管的冷凝段位于氢气入口处，实现对进入电堆的氢气进行加热，从而有效降低阳极氢气中冷凝水对电堆的影响。本实用新型实施例提供的氢气加热方案结构简单，取消了独立的氢气换热器和相关的管路，降低了氢气加热结构的复杂程度，并且热管的集成设计大大减少了氢气加热结构的占用空间和制造成本，提高了氢燃料发动机的集成度、体积功率和质量功率。此外，由于取消独立氢气换热器的冷却液支路，还有益于降低水泵流量和扬程的损失，缓解了氢燃料发动机的散热能力的压力。

在一些实施例中，所述氢气入口位于所述冷却液出口的上方，所述热管包括第一热管，所述第一热管的蒸发段位于所述冷却液出口处，所述第一热管的冷凝段位于所述氢气入口处。

在一些实施例中，所述冷却液出口处的冷却液温度为70℃-90℃。

在一些实施例中，所述氢气入口位于所述空气出口的上方，所述热管包括第二热管，所述第二热管的蒸发段位于所述空气出口处，所述第二热管的冷凝段位于所述氢气入口处。

在一些实施例中，所述氢气入口、所述冷却液出口和所述空气出口设在所述端板本体的一侧且从上之下间隔设置，所述冷却液入口、所述空气入口和所述氢气出口设在所述端板本体的另一侧且从上之下间隔设置。

在一些实施例中，所述热管沿竖直方向设置。

在一些实施例中，所述热管为6-10个。

在一些实施例中，所述端板本体注塑成型，所述热管预先安装在注塑模具内并经注塑镶嵌在所述端板本体内。

在一些实施例中，所述热管的外周包覆绝缘导热陶瓷层。

本实用新型的另一方面实施例提供了一种燃料电池，包括：第一端板和第二端板，所述第一端板为上述任一项实施例所述的端板；燃料电池堆，所述第一端板设在所述燃料电池堆的一侧并与其相连，所述得第二端板设在所述燃料电池堆的相对的另一侧并与其相连。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的具有热管的氢燃料电池端板的正视图。

图2是本实用新型实施例提供的具有热管的氢燃料电池端板剖面图。

图3是本实用新型实施例提供的具有热管的氢燃料电池端板剖面图。

图4是本实用新型实施例提供的热管的剖面图。

附图标记：

端板本体1、氢气入口11、氢气出口12、冷却液入口13、冷却液出口14、空气入口15、空气出口16、热管2、蒸发段21、冷凝段22、绝缘导热陶瓷层3。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面根据图1-图4描述本实用新型实施例提供的具有热管的氢燃料电池端板，其包括端板本体1和至少一个热管2。端板本体1具有氢气入口11、氢气出口12、冷却液入口13、冷却液出口14、空气入口15和空气出口16。氢气入口11位于冷却液出口14和空气出口16中的至少一者的上方。热管2的蒸发段21位于热管2的冷凝段22的下方，热管2的蒸发段21位于冷却液出口14和/或空气出口16处以与冷却液和/或空气接触，热管2的冷凝段22位于氢气入口11处以与氢气接触。

冷却液出口14处的冷却液温度较高，空气出口16处的空气温度同样具有较高的温度。为了加热氢气入口11处的氢气，使热管2的蒸发段21与冷却液和/或空气接触，热管2的蒸发段21内的液态工作介质被加热后相变气化，气态工作介质沿着热管2上升到冷凝段22，在冷凝段22，气态工作介质加热氢气入口11处的氢气，气态工作介质被冷凝液化后在重力作用下(或毛细作用力下)降到蒸发段21继续吸热。如此形成往复循环，进入电堆的含有液态水的氢气被加热，液态水被蒸发，水汽随氢气进入电堆的阳极则不会造成堵塞阳极双极板流道影响氢气运输，从而有效地避免了氢饥渴现象，避免电堆的加速衰减。

本实用新型实施例提供的具有热管的氢燃料电池端板包括集成于端板本体中的热管，热管的蒸发段位于冷却液出口处和/或空气出口处，热管的冷凝段位于氢气入口处，实现对进入电堆的氢气进行加热，从而有效降低阳极氢气中冷凝水对电堆的影响。本实用新型实施例提供的氢气加热方案结构简单，取消了独立的氢气换热器和相关的管路，降低了氢气加热结构的复杂程度，并且热管的集成设计大大减少了氢气加热结构的占用空间和制造成本，提高了氢燃料发动机的集成度、体积功率和质量功率。此外，由于取消独立氢气换热器的冷却液支路，还有益于降低水泵流量和扬程的损失，缓解了氢燃料发动机的散热能力的压力。

在一些实施例中，如图1所示，氢气入口11位于冷却液出口14的上方，热管2的蒸发段21位于冷却液出口14处，热管2的冷凝段22位于氢气入口11处。当燃料电池工作时，燃料电池内冷却液从端板本体1的冷却液出口14流出，位于冷却液出口14处的热管2的蒸发段21内的液态工作介质被加热气化，上升到位于氢气入口11处的热管2的冷凝段22，在含有一定冷凝水的氢气从氢气入口11进入电堆内时，氢气入口11处的冷凝段22中的气体工作介质被冷凝液化，在重力作用下降到蒸发段21，继续与冷却液出口14处的冷却液换热。

可选地，冷却液出口14处的冷却液温度为70℃-90℃。一般地，冷却液出口14处的冷却液约为80℃。

在一些实施例中，氢气入口11位于空气出口16的上方，热管2的蒸发段21位于空气出口16处，热管2的冷凝段22位于氢气入口11处。当燃料电池工作时，燃料电池内空气从端板本体1的空气出口16流出，位于空气出口16处的热管2的蒸发段21内的液态工作介质被加热气化，上升到位于氢气入口11处的冷凝段22，在含有一定冷凝水的氢气从氢气入口11进入电堆内时，冷凝段22中的气体工作介质被冷凝液化，在重力作用下降到蒸发段21，继续与空气出口16处的空气换热。

可选地，空气出口16处的空气温度为70-90℃。一般地，空气出口16处的空气温度约为80℃。

在一些实施例中，氢气入口11位于冷却液出口14和空气出口16中的每一者的上方，热管2包括第一热管和第二热管，第一热管的蒸发段位于冷却液出口14处，第一热管的冷凝段位于氢气入口11处，第二热管的蒸发段位于空气出口16处，第二热管的冷凝段22位于氢气入口11处。当燃料电池工作时，第一热管的蒸发段21内的液态工作介质被冷却液加热气化，第二热管的蒸发段21内的液态工作介质被空气加热气化，气化后的工作介质上升到冷凝段22，与氢气入口11处的氢气换热后被冷凝液化，在重力作用(或毛细作用力)分别下降到对应热管的蒸发段21，继续与冷却液和空气换热。

在一些实施例中，氢气入口11位于冷却液出口14和空气出口16中的每一者的上方，热管2的蒸发段的一部分位于冷却液出口14处，另一部分位于空气出口16处，热管2的冷凝段位于氢气入口11处。当燃料电池工作时，热管的蒸发段21内不同位置处的液态工作介质同时被冷却液和空气加热气化，上升到冷凝段22与氢气入口11处的氢气换热。

下面根据图1-图4描述本实用新型具体实施例中的氢燃料电池端板。

如图1所示，氢燃料电池端板包括端板本体1和多个热管2。

端板本体1设有氢气入口11、氢气出口12、冷却液入口13、冷却液出口14、空气入口15和空气出口16。端板本体1竖直设置，氢气入口11、冷却液出口14和空气出口16设在端板本体1的一侧且从上之下间隔设置，冷却液入口13、空气入口15和氢气出口12设在端板本体1的另一侧且从上之下间隔设置。也就是说，在图1所示的实施例中，氢气入口11位于冷却液出口14和空气出口16的上方且与冷却液出口14相邻设置。

可选地，热管2的数量为6-10个。如图2所示，本实施例中热管2的数量为8个。8个热管2均沿竖直方向设置，即热管2的长度方向沿上下方向延伸，热管2的蒸发段21位于其底部，热管2的冷凝段22位于其顶部。

进一步地，如图3所示，本实施例中的端板本体1注塑成型，热管2预先安装在注塑模具内并经注塑镶嵌在端板本体1内，使得热管2位于氢气入口11和冷却液出口14之间的特定位置上，即热管2预埋在端板本体1内实现集成。

可选地，端板本体1采用具有绝缘性能的工程塑料(例如PEEK、PPS、PPO、PBT)进行注塑成型。

如图4所示，热管2的外周包覆绝缘导热陶瓷层3。具体地，在热管2的外周面上采用镀膜工艺，包覆一定厚度的绝缘导热陶瓷，以提高氢电安全性。

可选地，绝缘导热陶瓷层3的厚度为0.1-0.8mm。

本实用新型的实施例还提出了一种燃料电池，燃料电池包括第一端板、第二端板和燃料电池堆，第一端板为上述任一项实施例中的端板。第一端板设在燃料电池堆的一侧并与其相连，第二端板设在燃料电池堆的相对的另一侧并与其相连。燃料电池堆中氢气和氧气发生电化学反应以电能。第二端板可以为盲板。

在本实用新型的描述中，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。

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。在本实用新型的描述中，“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。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，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。

在本实用新型中，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实用新型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实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型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)

1.一种具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，包括：

端板本体，所述端板本体具有氢气入口、氢气出口、冷却液入口、冷却液出口、空气入口和空气出口，所述氢气入口位于所述冷却液出口和所述空气出口中的至少一者的上方；

至少一个热管，所述热管的蒸发段位于所述热管的冷凝段的下方，所述热管的蒸发段位于所述冷却液出口和/或所述空气出口处以与冷却液和/或空气接触，所述热管的冷凝段位于所述氢气入口处以与氢气接触。

2.根据权利要求1所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述氢气入口位于所述冷却液出口的上方，所述热管包括第一热管，所述第一热管的蒸发段位于所述冷却液出口处，所述第一热管的冷凝段位于所述氢气入口处。

3.根据权利要求2所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述冷却液出口处的冷却液温度为70℃-90℃。

4.根据权利要求1所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述氢气入口位于所述空气出口的上方，所述热管包括第二热管，所述第二热管的蒸发段位于所述空气出口处，所述第二热管的冷凝段位于所述氢气入口处。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述氢气入口、所述冷却液出口和所述空气出口设在所述端板本体的一侧且从上之下间隔设置，所述冷却液入口、所述空气入口和所述氢气出口设在所述端板本体的另一侧且从上之下间隔设置。

6.根据权利要求5所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述热管沿竖直方向设置。

7.根据权利要求1所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述热管为6-10个。

8.根据权利要求1所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述端板本体注塑成型，所述热管预先安装在注塑模具内并经注塑镶嵌在所述端板本体内。

9.根据权利要求1所述的具有热管的氢燃料电池端板，其特征在于，所述热管的外周包覆绝缘导热陶瓷层。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括：

第一端板和第二端板，所述第一端板为权利要求1-9中任一项所述的端板；

燃料电池堆，所述第一端板设在所述燃料电池堆的一侧并与其相连，所述第二端板设在所述燃料电池堆的相对的另一侧并与其相连。