一种含水路分配区的燃料电池金属极板结构的制作方法

1.本发明涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种含水路分配区的燃料电池金属极板结构。


背景技术：

2.燃料电池可以直接将氢气和氧气中的化学能转化为电能，不受卡诺循环限制，转化率高，是一种高效的能量转化装置。一般的，燃料电池由多个结构相同的双极板和膜电极堆叠组成，每个双极板都有反应流场并需要单独冷却。当燃料电池满载工作时温度最高，需要散热的热量也最大如果散热不及时或散热不足，容易使燃料电池电堆的性能下降，严重时可能会导致燃料电池电堆不可恢复的损伤。因此，燃料电池电堆的冷却设置非常重要。
3.目前，燃料电池一般以阳极板和阴极板焊接后形成的内部空间作为冷却区域，冷却区域空间小，容易出现水路分配不均匀而影响电堆的散热的情况，特别是当燃料电池进行大功率运行时很难满足电堆正常散热的需要，进而使得整个燃料电池电堆的性能下降，严重时容易影响整个燃料电池电堆的使用寿命。


技术实现要素：

4.基于此，为解决现有的燃料电池金属极板冷却水路分配不均匀、散热效果不佳等问题，本发明提供一种含水路分配区的燃料电池金属极板结构。本技术结构能够均匀分配冷却水路的流体，可以克服在大功率工况下电堆散热不足的问题，使得燃料电池极板能够有效且快速的散热，具有较好的冷却性能，能够很好的保证整个燃料电池电堆的使用性能，并能够有效延长电堆的使用寿命。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供一种含水路分配区的燃料电池金属极板结构，包括极板本体、氢气进口、冷却液进口、氧气进口、水路分配区和流道区；所述流道区设置于所述极板本体的中间区域；所述氢气进口、所述冷却液进口和所述氧气进口并列设置于所述极板本体的一端，且所述冷却液进口设置于所述氢气进口和所述氧气进口之间；所述水路分配区设置于所述冷却液进口与所述流道区之间；
6.所述水路分配区包括第一流线部、第二流线部、第三流线部和第四流线部；所述第一流线部设置于所述冷却液进口与所述第二流线部之间；所述第二流线部设置于所述第一流线部和所述第四流线部之间；所述第三流线部与所述第二流线部相邻设置，且所述第三流线部设置于所述氢气进口与所述第四流线部之间；所述第四流线部靠近所述流道区设置。
7.作为优选的实施方式，所述第一流线部包括多根独立设置的第一导流脊，多根所述第一导流脊呈扇形设置于所述冷却液进口靠近所述流道区的一侧。
8.作为优选的实施方式，所述第二流线部包括独立设置的第二流线长部和第二流线短部；所述第二流线长部朝所述氧气进口的方向倾斜设置，且所述第二流线长部与所述第三流线部相邻设置；所述第二流线短部朝所述氢气进口的方向倾斜设置。
9.作为优选的实施方式，所述第二流线长部包括多根独立设置的第二导流长脊，多根所述第二导流长脊呈自上而下的并列设置；所述第二流线短部包括多根独立设置的第二导流短脊，多根所述第二导流短脊平行设置。
10.作为优选的实施方式，所述第三流线部包括多根平行设置的第三导流脊，所述第三导流脊靠近所述第二导流长脊的一端朝所述冷却液进口的方向倾斜设置。
11.作为优选的实施方式，多根所述第三导流脊的长度逐根增加，靠近所述氢气进口的所述第三导流脊的长度最短，靠近所述第四流线部的所述第三导流脊的长度最长。
12.作为优选的实施方式，所述第四流线部包括多根平行设置的第四导流脊，所述第四导流脊朝所述氧气进口的方向倾斜设置，每根所述第四导流脊长度相等。
13.作为优选的实施方式，以垂直于所述流道区流道的方向为水平方向，所述第一导流脊、所述第二导流长脊、所述第二导流短脊、所述第三导流脊和所述第四导流脊分别与所述水平方向形成的夹角的度数为0
°
～45
°
。
14.作为优选的实施方式，所述第一流线部、所述第二流线部、所述第三流线部和所述第四流线部相互独立设置，且所述第一流线部与所述第二流线部之间、所述第二流线部与所述第三流线部之间、所述第二流线部与所述第四流线部之间、以及所述第三流线部与所述第四流线部之间均设置有间隙。
15.本技术通过在燃料电池金属极板的冷却液进口与流道区之间设置水路分配区，能够很好的解决金属极板冷却水路分配不均、在大功率工况下散热不足的问题。通过本技术结构，能够均匀分配冷却水路的流体，延长冷却液体在冷却水路中的流通时间，保证每片极板良好的散热效果，使得燃料电池极板能够有效且快速的散热，具有较好的冷却性能，能够很好的保证整个燃料电池电堆的使用性能，并能够有效延长电堆的使用寿命。本技术结构简单，可加工性好，经济实用，拆装方便，具有较好的可靠性，可以在单电池结构的金属极板系统中进行使用。
附图说明
16.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示出的结构获得其他的附图。
17.图1为本发明一实施例含水路分配区的燃料电池金属极板结构的正面的一端的结构示意图；
18.图2为图1的含水路分配区的燃料电池金属极板结构的水路分配区的结构示意图。
19.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
21.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
22.在本发明中，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；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发明中的具体含义。
23.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
24.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
25.目前，燃料电池一般以阳极板和阴极板焊接后形成的内部空间作为冷却区域，冷却区域空间小，容易出现水路分配不均匀而影响电堆的散热的情况，特别是当燃料电池进行大功率运行时很难满足电堆正常散热的需要，进而使得整个燃料电池电堆的性能下降，严重时容易影响整个燃料电池电堆的使用寿命。基于此，本发明提供一种含水路分配区的燃料电池金属极板结构以解决上述技术问题。
26.具体的，如图1至图2所示，本发明实施例提供一种含水路分配区的燃料电池金属极板结构，包括极板本体10、氢气进口20、冷却液进口30、氧气进口40、水路分配区50和流道区60；所述流道区60设置于所述极板本体10的中间区域；所述氢气进口20、所述冷却液进口30和所述氧气进口40并列设置于所述极板本体10的一端，且所述冷却液进口30设置于所述氢气进口20和所述氧气进口40之间；所述水路分配区50设置于所述冷却液进口30与所述流道区60之间；
27.所述水路分配区50包括第一流线部51、第二流线部52、第三流线部53和第四流线部54；所述第一流线部51设置于所述冷却液进口30与所述第二流线部52之间；所述第二流线部52设置于所述第一流线部51和所述第四流线部54之间；所述第三流线部53与所述第二流线部52相邻设置，且所述第三流线部53设置于所述氢气进口20与所述第四流线部54之间；所述第四流线部54靠近所述流道区60设置。
28.作为优选的实施方式，如图2所示，所述第一流线部51包括多根独立设置的第一导流脊511，多根所述第一导流脊511呈扇形设置于所述冷却液进口30靠近所述流道区60的一侧。
29.具体的，在本实施例中，第一导流脊511设置有七根，七根第一导流脊511的长度较短(与其他流线部的导流脊相比)，这样能够使得冷却液快速的被分配，加快金属极板的散热。在其他实施例中，也可以根据实际使用需要设置第一导流脊511的数量和长度。
30.作为优选的实施方式，如图2所示，所述第二流线部52包括独立设置的第二流线长部521和第二流线短部522；所述第二流线长部521朝所述氧气进口40的方向倾斜设置，且所述第二流线长部521与所述第三流线部53相邻设置；所述第二流线短部522朝所述氢气进口20的方向倾斜设置。这样，能够进一步使得冷却液均匀分配，保证极板的散热效果。
31.作为优选的实施方式，所述第二流线长部521包括多根独立设置的第二导流长脊5211，多根所述第二导流长脊5211呈自上而下(即以冷却液进口为上，以流道区为下)的并列设置；所述第二流线短部522包括多根独立设置的第二导流短脊5221，多根所述第二导流短脊5221平行设置。
32.具体的，在本实施例中，第二导流长脊5211设置有四根，四根第二导流长脊5211的长度较长(与其他流线部的导流脊相比)，这样能够使得冷却液被均匀分配，加快金属极板的散热。第二导流短脊5221设置有两根，两根第二导流短脊5221的长度最短(与其他流线部的导流脊相比)，这样，能够使得冷却液被快速均匀分配，加快金属极板的散热。在其他实施例中，也可以根据实际使用需要设置第二导流长脊5211和第二导流短脊5221的数量和长度。
33.作为优选的实施方式，如图2所示，所述第三流线部53包括多根平行设置的第三导流脊531，所述第三导流脊531靠近所述第二导流长脊5211的一端朝所述冷却液进口30的方向倾斜设置。这样，能够进一步使得冷却液均匀分配，保证极板的散热效果。
34.作为优选的实施方式，多根所述第三导流脊531的长度逐根增加，靠近所述氢气进口20的所述第三导流脊531的长度最短，靠近所述第四流线部54的所述第三导流脊531的长度最长。
35.具体的，在本实施例中，第三导流脊531设置有两根，两根第三导流脊531的长度最长(与其他流线部的导流脊相比)，这样能够使得冷却液快速的被分散，加快金属极板的散热。在其他实施例中，也可以根据实际使用需要设置第三导流脊531的数量和长度。
36.作为优选的实施方式，如图2所示，所述第四流线部54包括多根平行设置的第四导流脊541，所述第四导流脊541朝所述氧气进口40的方向倾斜设置，每根所述第四导流脊541长度相等。
37.具体的，在本实施例中，第四导流脊541设置有十四根，十四根第四导流脊541的长度相同，这样能够使得冷却液快速的被均匀分配，加快金属极板的散热。在其他实施例中，也可以根据实际使用需要设置第四导流脊541的数量和长度。
38.作为优选的实施方式，以垂直于所述流道区60流道的方向为水平方向，所述第一导流脊511、所述第二导流长脊5211、所述第二导流短脊5221、所述第三导流脊531和所述第四导流脊541分别与所述水平方向形成的夹角的度数为0
°
～45
°
。这样，在很好的利用冷却空间的同时，能够进一步使得冷却液快速均匀分配，保证极板的散热效果。
39.作为优选的实施方式，所述第一流线部51、所述第二流线部52、所述第三流线部53和所述第四流线部54相互独立设置，且所述第一流线部51与所述第二流线部52之间、所述第二流线部52与所述第三流线部53之间、所述第二流线部52与所述第四流线部54之间、以及所述第三流线部53与所述第四流线部54之间均设置有间隙。这样，能够进一步使得冷却液快速均匀分配，保证极板的散热效果。
40.本技术结构特别适合单电池的金属极板。一般的，单电池模式燃料电池是由两片
单电池堆叠形成的冷却水路，水路的密封是由单电池堆叠之间的密封胶线密封实现。
41.本技术通过在燃料电池金属极板的冷却液进口与流道区之间设置水路分配区，能够很好的解决金属极板冷却水路分配不均、在大功率工况下散热不足的问题。通过本技术结构，能够均匀分配冷却水路的流体，延长冷却液体在冷却水路中的流通时间，保证每片极板良好的散热效果，使得燃料电池极板能够有效且快速的散热，具有较好的冷却性能，能够很好的保证整个燃料电池电堆的使用性能，并能够有效延长电堆的使用寿命。本技术结构简单，可加工性好，经济实用，拆装方便，具有较好的可靠性，可以在单电池结构的金属极板系统中进行使用。
42.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。