水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道制造技术

本实用新型专利技术涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道，包括冷却板，所述冷却板上设置有入口流道、水滴形冷却流道以及出口流道；所述水滴形冷却流道正向设置或反向设置，交错分布或平行分布于冷却板内，所述入口流道和出口流道上下对称布置在冷却板的上部和下部。本实用新型专利技术所提出的燃料电池冷却流道可以提高冷却板的冷却效果，使冷却液分布较为均匀，减少局部热点的产生，提高燃料电池的总效率。

Cooling channel of water drop proton exchange membrane fuel cell stack

【技术实现步骤摘要】
水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道
本技术涉及燃料电池
，尤其涉及一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道。
技术介绍
燃料电池是一种能量转换装置，它按电化学原理，等温地将贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能。在种类众多的燃料电池中，质子交换膜燃料电池是一种环境友好、转化效率高的能源转换装置，具有室温快速启动、比功率和比能量高等优点，最有希望成为汽车和居民用能源的替代品之一。质子交换膜燃料电池作为一种低温燃料电池，典型的工作温度范围为60℃～85℃，在运行中会产生大量的热，主要是由化学反应和水的凝结生成，并且散热温差很小，不充分或者无效的电池冷却会导致整个或者局部电池温度过高，使得膜脱水、收缩、褶皱甚至破裂，对于电池的性能和寿命都有很大的影响。燃料电池在大功率下通常采用液体冷却，冷却板中的冷却液能够带走反应产生的多余热量，冷却流道的设计对燃料电池电堆的散热有很大的影响，良好的设计可以使电堆内温度分布更均匀，在较低的冷却水流量下带走更多的热量，减少水泵的输出功率，提高燃料电池的效率。平行流道是典型的传统燃料电池冷却流道之一，典型的流道包括具有入口的入口流道、具有出口的出口流道，至少一个分支流道，每一个分支流道的进口分别与入口流道相连通，每一个分支流道的出口分别与出口流道相连通，冷却液通过入口进入流道，经过流道从出口排出。由于平行流道的结构特点导致温度分布不均匀，且在大电流密度下电池内会有大量的热点产生，从而影响电池性能及寿命。蛇形流道虽然具有较好的散热性能，但是冷却液在板内的流动的压力损失过大，导致燃料电池的总效率降低。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道。本技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道，其特征在于：包括冷却板，所述冷却板上设置有入口流道、水滴形冷却流道以及出口流道；所述水滴形冷却流道正向设置或反向设置，交错分布或平行分布于冷却板内，所述入口流道和出口流道上下对称布置在冷却板的上部和下部。优选地，所述冷却板的外壁为流线型，壁面光滑。本技术的有益效果是:本技术通过对冷却流道重新设计，在流道内部设置水滴形冷却流道，能够使冷却液有效的流动到流道间脊的部分，使脊下或附近不会聚集冷却液，促进冷却液的流动，使得流道中的冷却液能全部流动，通过流道流出到达出口，有效预防或缓解局部热点，且冷却液与双极板各处的换热更加均匀，流动阻力较低，只需较低的泵送功率即可实现较好的冷却效果。总而言之，本技术所提出的燃料电池冷却流道可以提高冷却板的冷却效果，使冷却液分布较为均匀，减少局部热点的产生，提高燃料电池的总效率。附图说明图1为水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道示意图。具体实施方式下面结合附图及较佳实施例详细说明本技术的具体实施方式。如图1所示，一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道，包括设置在冷却板上的冷却流道；所述的水滴形冷却流道包括具有入口的入口流道1、水滴形流道2、具有出口的出口流道3以及冷却流道外壁4。冷却板可根据不同的使用采用不同的材质，可以与不同形式不同材质的燃料电池双极板进行组合，入口流道1和出口流道3一般上下对称布置，可根据实际情况进行调整。水滴形冷却流道2可正向设置也可反向设置，交错分布或平行分布于冷却板内，大小和数量可以根据燃料电池电堆的输出功率进行调整布置，燃料电池功率越高时，流道尺寸越小，流道布置越密。冷却流道外壁4一般采用流线型，壁面应尽可能的光滑，这样有利于冷却液在壁面的流动，减小冷却液在流道中的摩擦阻力。本技术特有的水滴结构，利用了相似原理，能够使冷却液有效的流动到流道间脊的部分，使脊下或附近不会聚集冷却液，促进冷却液的流动，使得流道中的冷却液能全部流动，通过流道流出到达出口，有效预防或缓解局部热点；且根据相似性原理，冷却液在冷却流道中的阻力相对较小，冷使得燃料电池的冷却性能得到提高。散热的均匀性和阻力的降低，两方面的作用使得燃料电池的综合性能得到提高。采用本技术具有水滴流道的质子交换膜燃料电池堆冷却流道：在流道的入口处，某一温度下的冷却液在以一定的流速自外部进入流道，由于流道的结构为水滴形，流道内部的冷却液会不断的产生碰撞，使冷却液的流速基本相同，有利于冷却液在流道内部的流动；同时由于流道内特殊的水滴结构，使流道内的冷却液分布均匀，也使得冷却液进出口压降较小；两方面的作用强化了流道内的冷却液对流换热，起到了强化换热作用，流道内的强迫对流作用对于存在流道中的冷却液具有疏导作用，使得冷却液更容易流出流道，流体沿流动方向的压力损失减小，提高了燃料电池的总效率。对于大电流工作条件下的燃料电池来说，这种流道结构设置的优越性更为明显，总效率更高。下面将本技术实施例提供的如图1水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道与多通道蛇形流道进行比较。同活性面积下，模拟了水滴形流道和多通道蛇形流道在相同条件下的温度分布及压降。模型的活性面积近似相同，入口流量均为4*10-6m3/s。同条件下水滴形流道表面最大温差为7.7,多通道蛇形流道表面最大温差为4.4；两种流道表面平均温度基本相同；同条件下水滴形流道的进出口压降为934.5，而多通道蛇形流道的进出口压降为10803.4，约为水滴形流道的11.6。当增加入口流量时，水滴形流道的表面最大温差会逐渐降低，而进出口压降的变化不大，而多通道蛇形流道表面最大温差虽然会逐渐降低，但进出口压降却会成倍增加。采用本技术的水滴形冷却流道在同样边界条件下，电池的效率获得了明显提升，且其冷却性能也相对较好，从而证明了本技术冷却流道结构在提高电池性能方面的优越性。以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道，其特征在于：包括冷却板，所述冷却板上设置有入口流道、水滴形冷却流道以及出口流道；所述水滴形冷却流道正向设置或反向设置，交错分布或平行分布于冷却板内，所述入口流道和出口流道上下对称布置在冷却板的上部和下部。/n

【技术特征摘要】
1.一种水滴形质子交换膜燃料电池堆冷却流道，其特征在于：包括冷却板，所述冷却板上设置有入口流道、水滴形冷却流道以及出口流道；所述水滴形冷却流道正向设置或反向设置，交错分布或平行分布于冷却板内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珊，徐鑫，由世俊，韩冬林，
申请(专利权)人：天津中德应用技术大学，
类型：新型
国别省市：天津;12