上固定结构，12、下固定结构，13、螺栓，14、螺母，15、燃料电池堆，16、进液通道a，17、进液通道b，18、进液通道C，19、进液通道d，20、出液通道a，21、出液通道b，22、出液通道C，23、出液通道d。
【具体实施方式】
[0027]图1是本发明的核心部件之一，冷却板I采用四通道结构，现有冷却流道多采用直流道和蛇形流道等结构，图1中的冷却通道中出现多次连续弯折结构，该结构可以促进冷却剂在流道内生成二次流、漩涡等流体力学现象，该流动现象将有助于打破冷却通道中的热力边界层，提高强化换热因子，增大换热效率。冷却板中相邻冷却流道中，冷却液流动方向相反，图1已做标注，该种布置有助于防止在电池板中出现热区、寒区，保证燃料电池的正常工作。
[0028]图1中冷却板I槽、图2中橡胶密封圈6、图3中冷却盖板7槽组合形成冷却液密封结构，橡胶密封圈6需采用耐腐蚀弹性材料。冷却过程中，冷却液受热蒸发，造成燃料电池内部气压大于外界气压，该种密封结构可以有效防止冷却液泄漏，降低燃料电池的运行成本。
[0029]图4中燃料电池单元主要是由冷却板1、橡胶密封圈6、冷却盖板7、反应结构8组成。其中反应结构主要包括隔板、阳极、阴极、电解质膜、燃料供给系统等。在电池单元中，发生电化学反应(电子穿过从阳极到阴极的外部电路产生电流，02_、H+通过电解质膜合来形成水)并生成大量的热，同时电流在流动过程中，因存在回路电阻，生成焦耳热。为了保证燃料电池的正常工作，生成的热量需要经过冷却板I冷却，被冷却液带走。
[0030]图5中燃料电池堆15是由多个堆叠的电池单元10、上固定结构11、下固定结构12组合而成，电池堆中各结构的连接采用螺栓连接，其中该设计中有4组螺栓，实际应用中可根据需要进行更改。图5中在燃料电池堆的左上侧分布的进液通道、出液通道，右下侧分布着进液通道、出液通道。冷却液需经过这些通道分配各个冷却板中，对燃料电池堆进行冷却。
【主权项】
1.一种具有强化换热且有效保持电堆温度均匀性的冷却系统，其特征在于:该结构包括冷却板(I)、冷却流道a (2)、冷却流道b (3)、冷却流道C (4)、冷却流道d (5)、橡胶密封圈(6)、冷却板盖板(7)、反应结构(8)、螺栓孔(9)、电池单元(10)、上固定结构(11)、下固定结构(12)、螺栓(13)、螺母(14)、燃料电池堆(15)、进液通道a(16)、进液通道b(17)、进液通道c (18)、进液通道d (19)、出液通道a (20)、出液通道b (21)、出液通道c (22)、出液通道d(23)； 具体而言，燃料电池电池包括数个电池单元(10)，每个电池单元(10)依次包含冷却板(I)、橡胶密封圈出)、冷却板盖板(7)、反应结构(8);冷却板(I)表面加工有密封槽，该密封槽与橡胶密封圈出)、冷却板盖板(7)组合形成密封结构；反应结构(8)置于冷却板盖板(7)外侧; 各电池单元(10)堆叠，且一侧与上固定结构(11)连接，另一侧与下固定结构(12)连接，上固定结构(11)、下固定结构(12)通过四组对称的螺栓(13)、螺母(14)固定组合，共同形成燃料电池堆(15); 通过各电池单元(10)堆叠，冷却板(I)上的各冷却流道形成进出液通道；具体而言，冷却流道即冷却流道a(2)的入口、冷却流道b(3)的出口、冷却流道c(4)的入口、冷却流道d(5)的出口，其均布在冷却板(I) 一端，相对称的，冷却流道出口或入口的另一端布置在冷却板(I)另一端；通过堆叠冷却流道a (2)的入口形成进液通道b (17)，冷却流道b (3)的出口形成出液通道b(21)，冷却流道c(4)的入口形成进液通道a(16)，冷却流道d(5)的出口形成出液通道a (20);同理，进液通道c (18)、进液通道d (19)、出液通道c (22)、出液通道d(23)与冷却流道的另一出口或入口相对应；各冷却流道为弯折连续结构，且各相邻冷却流道内的冷却液流向相反。
2.根据权利要求1所述的一种具有强化换热且有效保持电堆温度均匀性的冷却系统，其特征在于:冷却板(I)的冷却板材料采用石墨、导热效果好的金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种具有强化换热且有效保持电堆温度均匀性的冷却系统，其特征在于:其中橡胶密封垫圈(7)需采用弹性较好、抗腐蚀性较好的材料如氟橡胶等。
4.根据权利要求1所述的一种具有强化换热且有效保持电堆温度均匀性的冷却系统，其特征在于:本发明的工作过程如下，当电池堆处于冷启动状态时，冷却剂的温度稍高，用于加热各个电池堆单元，实现电池堆的快速启动；当电池堆启动完毕时，温度过高时，冷却剂用于吸收电池堆单元反应产生的热； 冷却液分别经过进液通道a (16)、进液通道b (17)、进液通道c (18)、进液通道d (19)进入燃料电池堆(15)，经各个电池单元(10)，最终分配到各个冷却板(I);冷却液在冷却板(I)中分别经冷却流道a(2)、冷却流道b(3)、冷却流道c(4)、冷却流道d(5)对反应结构(8)进行冷却； 在此过程中，由于各个冷却流道中设置有多个连续弯折结构，该结构可促进二次流、漩涡等流动现象的发生，使冷却液产生较强的扰动，有助于冷却液打破热力边界层，降低对流热阻，提高冷却效率；另外冷却板中相邻冷却流道中采取不同的流动方向，该设计可以有效避免:在流道入口端因冷却液初始温度低，换热效果好，而易出现寒区；在流道出口端因冷却液温度高，换热能力差，易出现热区； 最终冷却液经出液通道a (20)、出液通道b (21)、出液通道c (22)、出液通道d (23)流出 燃料电池堆(15)。
【专利摘要】一种具有强化换热且有效保持电堆温度均匀性的冷却系统，冷却板表面加工有密封槽，该密封槽与橡胶密封圈、冷却板盖板组合形成密封结构。各电池单元堆叠，且一侧与上固定结构连接，另一侧与下固定结构连接，上固定结构、下固定结构通过四组对称的螺栓、螺母固定组合，共同形成燃料电池堆。各进液通道与出液通道为交叉布置结构，且进液通道与出液通道为弯折连续结构，各相邻进液通道与出液通道内的冷却液流向相反。为了防止出现冷却液入口端冷却板温度过低，冷却液出口端冷却板温度过高，该冷却板中相邻冷却流道的冷却液流动方向设置为相反，以保证冷却板内温度的均匀性。
【IPC分类】H01M10-04
【公开号】CN104538664
【申请号】CN201410805398
【发明人】刘赵淼, 赵福旺, 董林浩, 申峰
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月21日