具有均匀温度分布的堆和操作堆的方法技术

本发明专利技术公开了堆和操作堆的方法。一种操作具有多个单元和多个冷却板的堆的方法包括：供给工作流体至第一组冷却板；以及将经过了第一组冷却板的工作流体再供给至第二组冷却板，其中第一和第二组根据堆中的运转温度划分。

【技术实现步骤摘要】

本公开的多个方面涉及热源，更具体地涉及具有均勻温度分布的堆、以及操作该堆的方法。
技术介绍
当燃料电池堆正常工作时，由于燃料单元电池内电化学反应产生的热，燃料电池堆的内部温度升高。通过以预定的间隔设置冷却板，燃料电池堆的温度的升高被限制在预定水平。然而，在冷却板之间形成具有抛物线形状的温度梯度(thermal gradient)。由于热通过端板传递至外界，所以在燃料电池堆的内部也形成温度梯度。端板附近的燃料单元电池(fuel cell)的温度(即端部单元电池的运转温度)低于燃料电池堆的中心区域内的单元电池的温度。由于端板与燃料电池堆的中心区域之间的温度差，燃料电池堆中包括的燃料单元电池的性能的非均勻性会增大，燃料电池堆内包括的燃料单元电池的寿命会缩短。具体地，堆的入口附近的温度和堆的出口附近的温度比堆的其余位置的温度低， 冷的工作流体流入堆的该入口。燃料电池堆中双极板(bipolar plate)的温度可以被预热至100°C或更高温度， 以避免因电化学反应产生的蒸汽的冷凝导致的磷酸泄漏的可能。为此，可以在将负载施加到燃料电池堆之前，预热燃料电池堆。然而，在传统燃料电池堆的情况下，由于预热至100°C或更高温度耗费很长的时间，且需要用于预热的额外热源，所以燃料电池堆的构造是复杂的，且燃料电池堆的总体积增大。
技术实现思路
本专利技术的多个方面提供堆，其具有一致的温度分布而没有附加热源。本专利技术的多个方面提供操作堆的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种操作具有多个单元和多个冷却板的堆的方法， 该方法包括供给工作流体至第一组冷却板；以及将经过了第一组冷却板的工作流体再供给至第二组冷却板，其中第一和第二组根据堆中的运转温度划分。堆可以是燃料电池堆，单元是燃料单元电池。第一组冷却板可以位于燃料电池堆的两端，第二组冷却板可以位于燃料电池堆的中心区域内。第一组冷却板可以位于燃料电池堆的中心区域内，第二组冷却板可以位于燃料电池堆的两端。燃料电池堆的每个冷却板可以属于第一组和第二组之一。供给至第一组的工作流体可以通过在燃料电池堆内循环来预热。供给至第一组的工作流体可以在燃料电池堆外用加热装置预热。该方法还可以包括控制供给至第二组冷却板的工作流体的流量。经过了第一组冷却板的工作流体可以被分割为在彼此不同的方向上的两股液流。堆可以是电池组，单元是单元电池(battery cell)。根据本专利技术的另一方面，提供一种堆，包括多个单元；第一和第二组冷却板，第一和第二组冷却板位于单元间，每个冷却板包括工作流体入口和工作流体出口 ；工作流体供给歧管，其与第一组冷却板的工作流体入口中的一个或更多个流体连通，以将工作流体供给至第一组冷却板；以及工作流体再供给歧管，其与第一组冷却板的工作流体出口中的一个或更多个和第二组冷却板的工作流体入口中的一个或更多个流体连通，以将经过了第一组冷却板的工作流体再供给至第二组冷却板。堆可以是燃料电池堆，单元可以是燃料单元电池。堆还可以包括工作流体出口歧管，其与第二组冷却板的工作流体出口中的一个或更多个流体连通，以将经过了第二组冷却板的工作流体输送至燃料电池堆外。第一组冷却板可以位于燃料电池堆两端，第二组冷却板可以位于燃料电池堆的中心区域内。燃料电池堆中心区域内的每冷却板燃料单元电池数量可以比燃料电池堆两端部区域内的大。燃料电池堆一端的每冷却板燃料单元电池数量可以比燃料电池堆另一端的大。堆还可以包括工作流体再供给歧管上的流动控制器。燃料电池堆中的每个冷却板可以属于第一组和第二组之一。工作流体供给歧管可以与第一组冷却板中的每一个冷却板的工作流体入口流体连通。工作流体再供给歧管可以与第一组冷却板中的每一个冷却板的工作流体出口流体连通。工作流体再供给歧管可以与第二组冷却板中的每一个冷却板的工作流体入口流体连通。堆可以是电池组，单元是单元电池。本专利技术的额外方面和/或优点将在以下说明中部分地提及，部分将因该说明而显然或者可以通过对本专利技术的实践而被了解。附图说明由以下结合附图对实施例的说明，本专利技术的这些和/或其它方面和优点将变得明显和更易于理解，附图中图1是根据一实施例的燃料电池堆的透视图；图2和图3是在图1的燃料电池堆的两端包括的第一冷却板组的冷却板的正视图；图4是图1的燃料电池堆的第一冷却板组的冷却板之间的，在燃料电池堆的中心区域中包括的第二冷却板组的冷却板的正视图；图5是根据另一实施例的燃料电池堆的透视5图6是沿与图5的燃料电池堆的y轴方向垂直的方向截取的横截面视图；图7是根据另一实施例的燃料电池堆的透视图；图8是沿与图7的燃料电池堆的y轴方向垂直的方向截取的横截面视图；图9是示出另一实施例的横截面视图，该实施例中，冷却板和双极板关于燃料电池堆的中心对称设置；图10是图9的预定区域的放大横截面视图；图11是示出另一实施例的横截面视图，该实施例中，组成元件关于燃料电池堆的中心非对称设置；图12是示出另一实施例的横截面视图，该实施例中，冷却板之间的双极板的数量在燃料电池堆的内部区域中不同；图13A、图13B和图14至图29是横截面视图，示出根据其它实施例操作(使工作流体循环)燃料电池堆的方法；图30是曲线图，示出根据传统方法操作燃料电池堆的方法和根据实施例操作燃料电池堆的方法的模拟结果；图31和图32是曲线图，分别对于操作燃料电池堆的传统方法和根据实施例的操作燃料电池堆的方法，示出取决于时间的温度变化的模拟结果；以及图33是曲线图，示出根据一实施例的操作燃料电池堆的方法中，取决于工作流体的温度变化的燃料电池堆内的温度分布的模拟结果。具体实施例方式现在将详细参照实施例，实施例的示例示于附图中，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。首先，现在将描述根据一实施例的燃料电池堆。图1是根据一实施例的燃料电池堆的透视图。参见图1，燃料电池堆40包括第一冷却板组42和44、以及第二冷却板组48。 第一冷却板组42和44可以包括一区域内包括的冷却板，与燃料电池堆40内的其余区域相比，该区域处的参比运转温度较低。例如，如图1所示，第一冷却板组42和44可以包括位于燃料电池堆40两端的冷却板。然而，这仅仅是示例，按照参比运转温度，第一冷却板组可以包括其它预定区域内的冷却板。此处，“运转温度”可以表示燃料电池堆正常运转时的燃料电池堆的温度。例如， 在燃料电池堆的运转过程中，由于工作流体(去离子水、油、硅油、矿物油、乙二醇或者丙二醇)经燃料电池堆的一端或两端进入和流出，所以燃料电池堆的该一端或两端的温度可以比燃料电池堆中心区域的温度低。因此，燃料单元电池之间的取决于燃料单元电池位置的温度偏差会在燃料电池堆中发生。这样，运转温度可以表示燃料电池堆运转过程中在燃料电池堆内测量的温度。“参比运转温度”可以表示在传统燃料电池堆中测量的运转温度。根据燃料电池堆内的参比运转温度，燃料电池堆的多个冷却板可以被划分为至少两个冷却板组。一个示例可以是第一冷却板组42和44、以及第二冷却板组48。虽然未在图1中示出，但是如图9、图11和图12中所示，在第一冷却板组42和44 的外侧包括端板70和72 (参见图9)。第一冷却板组42和44可以包括位于端板70和72 附近的冷却板。例如，第一冷却板组42和44可以包括两个冷却板，燃料电池堆40每端上一个，但是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种操作具有多个单元和多个冷却板的堆的方法，该方法包括：供给工作流体至第一组冷却板；以及将经过了所述第一组冷却板的所述工作流体再供给至第二组冷却板，其中所述第一组和第二组冷却板根据所述堆中的运转温度划分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋泰元，崔京焕，李庭硕，金之来，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR