燃料电池及其布气装置的制作方法

1.本发明涉及电池领域，具体地涉及一种燃料电池的布气装置，并且涉及一种燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池电堆的阴极和阳极分别流体连通于相应气体的气流流道，以向燃料电池电堆提供燃料气体并排出产物气体，相应的，需要提供为电堆提供布气装置，通过布气装置形成稳定的进气气流和出气气流。
3.在一些燃料电池电堆中，阴极反应和阳极反应需要在一定温度条件下实现，因此，需要额外地提供气体加热装置。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种布气装置，以解决现有的布气装置需要额外增加气流加热部件的问题。
5.为了实现上述目的，本发明一方面提供一种燃料电池的布气装置，其中，所述布气装置包括电极进气流道和电极出气流道，所述电极进气流道的至少一个与所述电极出气流道的至少一个彼此热耦合。
6.可选择的，所述布气装置包括阴极进气流道、阴极出气流道、阳极出气流道，所述阴极进气流道分别与所述阴极出气流道和所述阳极出气流道热耦合。
7.可选择的，所述布气装置包括与所述阴极出气流道和所述阳极出气流道中的一个热耦合的阳极进气流道。
8.可选择的，所述阴极进气流道、所述阴极出气流道、所述阳极进气流道、所述阳极出气流道各自的延伸路径位于同一平面内。
9.可选择的，所述阴极进气流道、所述阴极出气流道、所述阳极进气流道、所述阳极出气流道围绕同一中心轴线周向延伸，且各自的延伸路径位于垂直于所述中心轴线的平面内。
10.可选择的，所述阳极进气流道、所述阴极出气流道、所述阴极进气流道、所述阳极出气流道沿径向从内向外依次排列。
11.可选择的，所述布气装置包括顶板、底板和位于所述顶板和所述底板之间的周向延伸的多个隔板，多个所述隔板分隔限定所述阴极进气流道、所述阴极出气流道、所述阳极进气流道、所述阳极出气流道。
12.可选择的，所述顶板上设置有周向排列的多组接口，每组接口包括一一对应地连通于所述阴极进气流道、所述阴极出气流道、所述阳极进气流道、所述阳极出气流道的四个接口，每组接口能够对应于至少一个电堆。
13.可选择的，所述底板上设置有一一对应地连通于所述阴极进气流道、所述阴极出气流道、所述阳极进气流道、所述阳极出气流道的阴极进气流道入口、阴极出气流道出口、
阳极进气流道入口、阳极出气流道出口。
14.可选择的，所述布气装置包括一一对应地连接于所述阴极进气流道入口、所述阴极出气流道出口、所述阳极进气流道入口、所述阳极出气流道出口的阴极进气流道入口管、阴极出气流道出口管、阳极进气流道入口管和阳极出气流道出口管，其中，所述阴极进气流道入口管和所述阳极进气流道入口管相对于所述底板顺时针倾斜，所述阴极出气流道出口管和所述阳极出气流道出口管相对于所述底板逆时针倾斜；或者，所述阴极进气流道入口管和所述阳极进气流道入口管相对于所述底板逆时针倾斜，所述阴极出气流道出口管和所述阳极出气流道出口管相对于所述底板顺时针倾斜。
15.另外，本发明还提供了一种燃料电池，其中，所述燃料电池包括以上方案所述的燃料电池的布气装置以及流体连通于所述布气装置的电堆，该电堆的结构种类不是唯一的，布气装置根据电堆的类型可以进行调整，比如空气开放式的电堆也是适用的。
16.可选择的，所述燃料电池包括由多个所述电堆排列形成的电堆阵列，所述电堆中设置有贯穿的阳极进气孔、阳极出气孔、阴极进气孔和阴极出气孔，在每个所述电堆阵列中，所述阳极进气孔、所述阳极出气孔、所述阴极进气孔和所述阴极出气孔分别连通。
17.可选择的，所述燃料电池包括密封板，所述电堆阵列的一端接合于所述布气装置，另一端接合于所述密封板。
18.通过上述技术方案，通过电极出气流道中的气体可以对电极进气流道中的气体加热，从而可以不需要额外为电极进气流道中的气体提供加热装置，减少了部件数量和整体体积，降低了成本。
附图说明
19.图1是本发明实施方式所述的布气装置的内部结构示意图；
20.图2是本发明实施方式所述的布气装置的立体图；
21.图3是本发明实施方式所述的电堆的立体图；
22.图4是本发明实施方式所述的燃料电池的立体图。
23.附图标记说明
24.1-阴极进气流道，2-阴极出气流道，3-阳极进气流道，4-阳极出气流道，5-顶板，6-隔板，7-底板，8-阴极进气流道入口，9-阴极出气流道出口，10-阳极进气流道入口，11-阳极出气流道出口，12-阴极进气流道出口，13-阴极出气流道入口，14-阳极进气流道出口，15-阳极出气流道入口，16-电堆，17-阴极进气孔，18-阴极出气孔，19-阳极进气孔，20-阳极出气孔，21-密封板。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
26.本发明提供了一种燃料电池的布气装置，其中，所述布气装置包括电极进气流道和电极出气流道，所述电极进气流道的至少一个与所述电极出气流道的至少一个彼此热耦合。
27.电堆包括阴极和阳极，布气装置可以向电堆提供燃料气体，并且电堆使用过的气
体可以通过布气装置输送走。布气装置可以包括一个或两个电极进气流道，例如阴极进气流道1和阳极进气流道3中的一个或两个，并且包括一个或两个电极出气流道，例如阴极出气流道2和阳极出气流道4中的一个或两个。
28.电堆发生电化学反应时，产生的热量传递给电化学反应气体，即电极出气流道中的气体温度相对较高，电极进气流道中的气体温度较低，与电极出气流道热传导后可以提高进气流道中的气体温度，以达到电化学反应的适宜温度。
29.通过上述技术方案，通过电极出气流道中的气体可以对电极进气流道中的气体加热，从而可以不需要额外为电极进气流道中的气体提供加热装置，减少了部件数量和整体体积，降低了成本。
30.具体的，所述布气装置包括阴极进气流道1、阴极出气流道2、阳极出气流道4，所述阴极进气流道1分别与所述阴极出气流道2和所述阳极出气流道4热耦合。
31.阴极进气流道1可以向电堆的阴极提供相应的气体，并可以通过阴极出气流道2排出，阳极出气流道4可以排出来自电堆阳极的气流。
32.阴极进气流道1可以与阴极出气流道2和阳极出气流道4进行热交换，阴极进气流道1中的阴极进气气流的温度相对较低，而来自电堆的阴极出气气流和阳极出气流的温度则相对较高，阴极进气流道1中的阴极进气气流可以吸收电堆所排出的阴极气流和阳极气流的热量，使得阴极进气气流的温度升高到更符合电堆的电化学反应所需要的温度范围，同时降低了排放气体的温度。
33.阴极进气流道1可以与阴极出气流道2和阳极出气流道4通过导热件连接，以允许热交换，并且三个流道彼此分隔，保持彼此独立。
34.本方案中，通过阴极出气流道和阳极出气流道中的气体可以对阴极进气流道中的气体加热，从而可以不需要额外为阴极进气流道中的气体提供加热装置，减少了部件数量和整体体积，降低了成本。
35.另外，所述布气装置包括与所述阴极出气流道2和所述阳极出气流道4中的一个热耦合的阳极进气流道3。阳极进气流道3可以向电堆的阳极提供相应的气流，由于阴极进气流道1的存在，因此其仅与出气流道中的一个形成热传导，以对将要到达电堆阳极的气流进行加热，使得阳极进气气流达到电堆电化学反应的温度范围。
36.其中，所述阴极进气流道1、所述阴极出气流道2、所述阳极进气流道3、所述阳极出气流道4各自的延伸路径位于同一平面内。阴极进气流道1、阴极出气流道2、阳极进气流道3、阳极出气流道4在同一平面上并排排列，四个流道的延伸路径共现，提高了集成度，其中，阴极进气流道1位于阴极出气流道2和阳极出气流道4之间。特别的，该平面可以垂直于电堆的堆叠方向。在其他实施方式中，四个流道也可以围绕同一轴线排列。
37.进一步的，所述阴极进气流道1、所述阴极出气流道2、所述阳极进气流道3、所述阳极出气流道4围绕同一中心轴线周向延伸，且各自的延伸路径位于垂直于所述中心轴线的平面内。如图1所示，阴极进气流道1、阴极出气流道2、阳极进气流道3、阳极出气流道4均形成为环形，并位于同一平面处。环形的流动路径可以减少气流在其中流动时的阻力，使得压降减小，各个位置处的压力更为接近，相应的，布气装置对不同位置的电堆的输入或输出的气体压力也基本相同。
38.其中，所述阳极进气流道3位于所述阴极进气流道1的径向内侧。阴极出气流道2、
阴极进气流道1、阳极出气流道4、阳极进气流道3沿径向方向从外向内依次排列，其中，阴极进气流道1的气流流量大于阳极进气流道3的气流流量，因此可以将阳极进气流道3设置在径向的最内侧，使得阴极进气流道1具有更大的容积，这也是将阴极进气流道1设置在两个出气流道之时的原因(吸收更多的热量)。同理，阴极出气流道设置于两个进气流道之间，可以更好的加热进气气体。
39.具体的，所述布气装置包括顶板5、底板7和位于所述顶板5和所述底板7之间的周向延伸的多个隔板6，多个所述隔板6分隔限定所述阴极进气流道1、所述阴极出气流道2、所述阳极进气流道3、所述阳极出气流道4。参考图1和图2所示，布气装置大致形成为圆盘状，顶板5、底板7及隔板6围成多个环形的气流流道，每个气流流道由顶板5的一部分、底板7的一部分及径向两侧的隔板6围成。布气装置的中心部分没有设置流道，顶板5的中心部分可以为其他部件提供支撑或放置其它各类功能件如气体收集装置、燃烧器等。
40.进一步的，所述顶板5上设置有周向排列的多组接口，每组接口包括一一对应地连通于所述阴极进气流道1、所述阴极出气流道2、所述阳极进气流道3、所述阳极出气流道4的四个接口，每组接口能够对应于至少一个电堆。顶板5上可以设置多个电堆(或者电堆阵列)，顶板5上的每组接口包括阴极进气流道出口12、阴极出气流道入口13、阳极进气流道出口14、阳极出气流道入口15，一组接口连通于一个电堆(或电堆阵列，即多个电堆)的各个气孔，以允许电堆吸入和排出气流。
41.此外，如图1所示，底板7上也设置有一一对应地连通于阴极进气流道1、阴极出气流道2、阳极进气流道3、阳极出气流道4的阴极进气流道入口8、阴极出气流道出口9、阳极进气流道入口10、阳极出气流道出口11。
42.另外，所述底板7上设置有一一对应地连通于所述阴极进气流道1、所述阴极出气流道2、所述阳极进气流道3、所述阳极出气流道4的阴极进气流道入口8、阴极出气流道出口9、阳极进气流道入口10、阳极出气流道出口11。如图1所示，底板上设置有阴极进气流道入口8、阴极出气流道出口9、阳极进气流道入口10、阳极出气流道出口11，以向阴极进气流道1和阳极进气流道3提供气体，并排出阴极出气流道2和阳极出气流道4的气体。
43.进一步的，所述布气装置包括一一对应地连接于所述阴极进气流道入口8、所述阴极出气流道出口9、所述阳极进气流道入口10、所述阳极出气流道出口11的阴极进气流道入口管、阴极出气流道出口管、阳极进气流道入口管和阳极出气流道出口管，其中，所述阴极进气流道入口管和所述阳极进气流道入口管相对于所述底板7顺时针倾斜，所述阴极出气流道出口管和所述阳极出气流道出口管相对于所述底板7逆时针倾斜；或者，所述阴极进气流道入口管和所述阳极进气流道入口管相对于所述底板7逆时针倾斜，所述阴极出气流道出口管和所述阳极出气流道出口管相对于所述底板7顺时针倾斜。
44.以上四种管件可以用于输送气体。各个管件与底板7的表面不垂直，存在一定的倾斜角度，使得进入流道的气流与底板7之间也存在倾斜角度，使得气流可以在流道中具有平行于底板7的分速度方向，加强气体流动，并且通过控制管件的角度，来控制气流在流道中的方向。
45.特别的，管件相对于底板7沿顺时针或逆时针方向倾斜，这是指，管件的下端(远离底板7的一端)相对于上端(连接于底板7的一端)沿着顺时针或逆时针的周向方向倾斜，从而通过管件进入或离开流道的气流具有顺时针或逆时针的流动速度(平行于底板的分速
度)；其中，阴极进气流道1和阳极进气流道3中的气流的周向流动方向相同，阴极出气流道2和阳极出气流道4的周向流动方向相同，但与阴极进气流道1和阳极进气流道3中的气流的周向流动方向相反，也就是说出气流道的流动方向与进气流道的流动方向相反，有利于从电堆排出的气体与将到达电堆的气体之间的热交换。
46.另外，本发明还提供了一种燃料电池，其中，所述燃料电池包括以上方案所述的燃料电池的布气装置以及流体连通于所述布气装置的电堆。电堆和各个气孔可以与布气装置的各个气流流道连通，实现供气和排气。在一些实施方式中，电堆的阴极为开放式，其与空气直接连通，可以在电堆的阴极附近设置气体流通空间，布气装置的阴极进气流道和阴极出气流道与该气体流通空间连通，实现气体的循环。
47.具体的，所述燃料电池包括由多个所述电堆排列形成的电堆阵列，所述电堆中设置有贯穿的阳极进气孔19、阳极出气孔20、阴极进气孔17和阴极出气孔18，在每个所述电堆阵列中，所述阳极进气孔19、所述阳极出气孔20、所述阴极进气孔17和所述阴极出气孔18分别连通。如图3所示，电堆16包括阳极进气孔19、阳极出气孔20、阴极进气孔17和阴极出气孔18，多个电堆堆叠时，其堆叠方向与各个气孔的延伸方向保持一致，使得多个电堆的气孔连通，从而可以将多个电堆串联形成电堆阵列，以实现供气和排气。如图4所示，电堆的排列堆叠方向垂直于顶板5的表面，而各个布气装置中各个气流流道的排列方向平行于顶板5的表面，通过这样的电堆和气流流道的设计方式，可以使得整体结构更为紧凑。
48.此外，所述燃料电池包括密封板21，所述电堆阵列的一端接合于所述布气装置，另一端接合于所述密封板21。电堆阵列远离布气装置的一端上的阳极进气孔19、阳极出气孔20、阴极进气孔17和阴极出气孔18不与其他电堆连通，因此，可以通过密封板21来密封，避免气体泄漏。
49.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。