集成热交换器的燃料电池电堆制造技术

集成热交换器的燃料电池电堆，其中热交换器集成于电堆本体的端部以提供隔热作用以防止电堆本体的层叠体的端部的温度降低，并且热交换器具有交替布置的燃料流场和电堆换热介质流场，以使燃料与电堆换热介质热交换以后进入所述电堆本体以参加电化学反应，从而不需要类似传统燃料电池系统中单独的配置的使燃料升温的加热器。升温的加热器。升温的加热器。

【技术实现步骤摘要】
集成热交换器的燃料电池电堆


[0001]本专利技术涉及燃料电池
，尤其涉及将热交换器集成于电堆本体的燃料电池电堆。

技术介绍

[0002]燃料电池系统将燃料和氧化剂分别供应至膜电极的两侧发生电化学反应而产生电能，典型的以氢气为燃料、以空气中的氧气为氧化剂的传统的燃料电池系统，如图1中所示，其一般包括电堆、氢气供应系统、空气供应系统和热管理系统，其中氢气供应系统包括氢气瓶、氢气加热器和用来将从电堆回收的氢气进行再利用的氢气循环回路，从氢气瓶中出来的氢气经降压后温度会降低，低于环境温度，低温的氢气也不适宜直接与循环回来的高温(高于环境温度)湿氢气进行混合，直接混合产生的冷凝水通入电堆后会造成阳极水淹，因此需要通过氢气加热器来进行升温。
[0003]综上，传统的燃料电池系统中需要配置专门的独立的针对氢气加热的氢气加热器，这样必然导致燃料电池系统体积较大，集成度较低，为燃料电池系统集成制造企业在燃料电池系统体积功率密度这一重要技术参数的技术攻关上带来不可忽视的影响。
[0004]另外，燃料电池系统的电堆的层叠体(多个相互堆叠的单电池)的层叠方向的端部侧由于经由端板对外散热程度较大，因此与层叠体的层叠方向的中央侧相比容易变为低温。其将导致层叠体的各个单电池的温度一致性变差，甚至导致电堆的发电稳定性下降，因此传统的燃料电池系统的电堆的端部侧需要配置额外的由流场板形成的虚设单电池(dummy cell)，以利用虚设单电池的隔热作用防止电堆的层叠体的端部的温度降低，避免电堆受到外部气温的影响。然而虚设单电池不能用来发电，不仅增加了整个电堆的体积，而且增加了电堆的成本。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个优势在于提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其通过将所述热交换器集成于电堆本体，并且在燃料进入所述电堆本体的阳极之前(尤其是与循环的燃料混合之前)，利用电堆换热介质与燃料之间的温差进行热交换，以使燃料升温，从而增强热交换效率，不需要类似传统燃料电池系统中单独的配置的使燃料升温的加热器。
[0006]本专利技术的另一优势在于提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其中通过所述热交换器形成多层流体流场以交替地布置燃料流场和电堆换热介质流场，从而使燃料和电堆换热介质充分热交换，以使燃料调整至适宜的温度。
[0007]本专利技术的另一优势在于提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其中所述热交换器包括多个相互堆叠的热交换板，以在相邻的两个热交换板之间形成流体流场，基于采用结构设计相似于燃料电池电堆的极板的流场板作为所述热交换器的热交换板的核心构思，便于燃料电池领域的企业和技术人员凭借极板设计的技术积累对所述热交换器的热交换板进行设计。
[0008]本专利技术的另一优势在于提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其中所述热交换器集成于所述电堆本体的端部，并且使燃料在进入所述热交换器进行热交换后便与回收的燃料混合，并且从所述热交换器和所述电堆本体中间进入所述电堆本体参加电化学反应，从而更进一步地增加燃料电池电堆的集成度。
[0009]本专利技术的另一优势在于提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其中所述热交换器集成在所述电堆本体的端部侧以提供隔热作用以防止所述电堆本体的层叠体的端部因对外散热程度过大而导致温度降低，避免其受到外部气温的影响，从而使得所述电堆本体不再需要额外地配置虚设单电池(dummy cell)。
[0010]本专利技术的另一优势在于提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其中通过将所述热交换器集成于所述电堆本体，从而提高整个燃料电池系统的集成度，以使整个系统的结构更紧凑，进一步降低料电池系统的体积，并提升燃料电池系统的体积功率密度。
[0011]依本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种集成热交换器的燃料电池电堆，其包括：
[0012]电堆本体；以及
[0013]热交换器，其中所述热交换器集成于所述电堆本体的端部，其中所述热交换器具有多个热交换流场，所述多个热交换流场包括交替布置的燃料流场和电堆换热介质流场，以使燃料与电堆换热介质热交换被升温以后进入所述电堆本体以参加电化学反应。
[0014]根据一些实施例，当所述热交换器的奇数层热交换流场为所述电堆换热介质流场时，所述热交换器的偶数层热交换流场被构造为所述燃料流场；或者当所述热交换器的偶数层热交换流场为所述电堆换热介质流场时，所述热交换器的奇数层热交换流场被构造为所述燃料流场。
[0015]根据一些实施例所述的集成热交换器的燃料电池电堆还包括隔板，并使所述隔板位于所述热交换器和所述电堆本体之间，其中燃料在流经所述燃料流场以与电堆换热介质热交换以后被允许穿过所述隔板进入所述电堆本体以参加电化学反应，并且穿过所述热交换器的氧化剂穿过所述隔板进入所述电堆本体以参加电化学反应。
[0016]根据一些实施例，所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器和所述电堆本体的氧化剂进口通道和氧化剂出口通道，以使氧化剂穿过所述热交换器到达所述电堆本体以参加电化学反应。
[0017]根据一些实施例，所述热交换器包括多个热交换板，所述电堆本体包括多个单电池，所述燃料电池电堆还包括两个集流板，其中所述单电池和所述热交换板位于两个所述集流板之间。
[0018]根据一些实施例，所述电堆本体包括多个单电池，所述燃料电池电堆还包括位于所述多个单电池的相反两侧的开孔端板和封装端板，其中所述热交换器叠置于所述开孔端板，以使所述热交换器集成于所述电堆本体，并使所述开孔端板作为所述热交换器和所述电堆本体之间的隔板。
[0019]根据一些实施例，所述热交换器包括开口端板，其具有燃料进口、氧化剂进口、电堆换热介质进口、氧化剂出口和电堆换热介质出口，所述开口端板还具有电堆燃料进口、电堆燃料出口，其中所述氧化剂进口和所述氧化剂出口同时作为所述热交换器和所述电堆本体的氧化剂的进口和出口，其中所述电堆换热介质进口和所述电堆换热介质出口同时作为所述热交换器和所述电堆本体的电堆换热介质的进口和出口。
[0020]根据一些实施例，所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器和所述电堆本体的燃料进口通道、氧化剂进口通道、电堆换热介质进口通道、燃料出口通道、氧化剂出口通道和电堆换热介质出口通道。
[0021]根据一些实施例，所述的集成热交换器的燃料电池电堆还包括隔板，并使所述隔板位于所述热交换器和所述电堆本体之间，其中所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器、所述电堆本体以及所述隔板的燃料进口通道、氧化剂进口通道、电堆换热介质进口通道、燃料出口通道、氧化剂出口通道和电堆换热介质出口通道。
[0022]根据一些实施例，燃料进入所述热交换器经热交换后汇入所述燃料进口通道，并从所述隔板的隔板燃料进口进入所述电堆本体参加电化学反应，其中离开所述电堆本体并被回收的燃料也通过所述燃料进口通道进入所述电堆本体。
[0023]根据一些实施例，所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器、所述电堆本体以及所述隔板的燃料进口通道、氧化剂进口通道、电堆换热介质进口通道、燃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，包括：电堆本体；以及热交换器，其中所述热交换器集成于所述电堆本体的端部，其中所述热交换器具有多个热交换流场，所述多个热交换流场包括交替布置的燃料流场和电堆换热介质流场，以使燃料与电堆换热介质热交换被升温以后进入所述电堆本体以参加电化学反应。2.根据权利要求1所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，当所述热交换器的奇数层热交换流场为所述电堆换热介质流场时，所述热交换器的偶数层热交换流场被构造为所述燃料流场；或者当所述热交换器的偶数层热交换流场为所述电堆换热介质流场时，所述热交换器的奇数层热交换流场被构造为所述燃料流场。3.根据权利要求1所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，还包括隔板，并使所述隔板位于所述热交换器和所述电堆本体之间，其中燃料在流经所述燃料流场以与电堆换热介质热交换以后被允许穿过所述隔板进入所述电堆本体以参加电化学反应，并且穿过所述热交换器的氧化剂穿过所述隔板进入所述电堆本体以参加电化学反应。4.根据权利要求1所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器和所述电堆本体的氧化剂进口通道和氧化剂出口通道，以使氧化剂穿过所述热交换器到达所述电堆本体以参加电化学反应。5.根据权利要求1至4中任一所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，所述热交换器包括多个热交换板，所述电堆本体包括多个单电池，所述燃料电池电堆还包括两个集流板，其中所述单电池和所述热交换板位于两个所述集流板之间。6.根据权利要求1至4中任一所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，所述电堆本体包括多个单电池，所述燃料电池电堆还包括位于所述多个单电池的相反两侧的开孔端板和封装端板，其中所述热交换器叠置于所述开孔端板，以使所述热交换器集成于所述电堆本体，并使所述开孔端板作为所述热交换器和所述电堆本体之间的隔板。7.根据权利要求1至4中任一所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，所述热交换器包括开口端板，其具有燃料进口、氧化剂进口、电堆换热介质进口、氧化剂出口和电堆换热介质出口，所述开口端板还具有电堆燃料进口、电堆燃料出口，其中所述氧化剂进口和所述氧化剂出口同时作为所述热交换器和所述电堆本体的氧化剂的进口和出口，其中所述电堆换热介质进口和所述电堆换热介质出口同时作为所述热交换器和所述电堆本体的电堆换热介质的进口和出口。8.根据权利要求1至3中任一所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器和所述电堆本体的燃料进口通道、氧化剂进口通道、电堆换热介质进口通道、燃料出口通道、氧化剂出口通道和电堆换热介质出口通道。9.根据权利要求1至3中任一所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，还包括隔板，并使所述隔板位于所述热交换器和所述电堆本体之间，其中所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器、所述电堆本体以及所述隔板的燃料进口通道、氧化剂进口通道、电堆换热介质进口通道、燃料出口通道、氧化剂出口通道和电堆换热介质出口通道。10.根据权利要求9所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，燃料进入所述热交换器经热交换后汇入所述燃料进口通道，并从所述隔板的隔板燃料进口进入所述电堆本体参加电化学反应，其中离开所述电堆本体并被回收的燃料也通过所述燃料进口通道进
入所述电堆本体。11.根据权利要求3所述的集成热交换器的燃料电池电堆，其特征在于，所述燃料电池电堆形成同时贯穿所述热交换器、所述电堆本体以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李骁，
申请(专利权)人：武汉众宇动力系统科技有限公司，
类型：发明
国别省市：