[发明专利]一种流体分配管道横截面渐变的燃料电池堆

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃料电池堆，尤其是涉及一种流体分配管道横截面渐变的燃料电池堆。

背景技术

燃料电池是一种清洁环保的电化学发电装置，其主要优点在于：能量转换效率高，在50％～70％；绿色环保，清洁无污染，反应产物只有液态水；发电稳定可靠。因此，它是适应未来能源和环境要求的理想能源之一。

近些年来，燃料电池一直都是一些大型汽车公司和研究机构的研究热点。在各种类型的燃料电池中，质子交换膜燃料电池(PEMFC)广泛运用于各种车辆发动机、备用电源以及通讯基站等。但是，质子交换膜单燃料电池的输出电压较低(0.5～1.0V/单电池)，在实际应用时常将多对单电池串联起来，构成燃料电池堆。在电池堆的运行过程中，电池外部供给燃料电池堆的燃料、氧化剂以及冷却剂等都要通过各自的流体分配管道分布到每一对单电池中。燃料、氧化剂以及冷却剂分布得均匀与否将直接影响到电池堆的运行性能，针对流体分布均匀性的问题，可以通过流体在管道中流动的压降计算得知：各单电池中流量随着单电池数量的增大而减小，流体的分配是呈递减趋势。现有的燃料电池堆通过大小完全一致的单电池进行堆叠串联，且每个单电池的流体分配管道的横截面积均是相同的，这种情况下会造成一定的浪费，同时电池堆的功率密度较小。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种流体分配管道横截面渐变的燃料电池堆。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种流体分配管道横截面渐变的燃料电池堆，由多块单电池层叠而成，该燃料 电池堆包括位于燃料电池堆中央的反应区域以及反应区域两侧的流体分配区域，两侧流体分配区域内均设有流体分配管道，各单电池上的反应区域横截面相同，两侧流体分配区域横截面逐层渐变，相应地，各单电池上对应的流体分配管道横截面逐层渐变，进而使燃料电池堆的流体分配区域纵剖面呈梯形状或倒梯形状，同时燃料电池堆的各流体分配区域内的流体分配管道纵剖面呈与之相匹配的梯形状或倒梯形状。

各单电池上的两侧流体分配区域横截面逐层渐变方式如下：

各单电池上两侧流体分配区域的宽度均保持不变，且等于反应区域的宽度，各单电池上两侧流体分配区域的长度均按设定尺寸逐层递减；

相应地，各单电池上两侧流体分配区域内对应的流体分配管道横截面的长度均按相同的设定尺寸逐层递减。

各单电池上的两侧流体分配区域横截面逐层渐变方式如下：

各单电池上两侧流体分配区域的宽度均保持不变，且等于反应区域的宽度，各单电池上一侧流体分配区域的长度按设定尺寸逐层递减，另一侧流体分配区域的长度按相同的设定尺寸逐层递增，且每块单电池上两侧流体分配区域的长度之和相等；

相应地，各单电池上流体分配区域的长度逐层递减一侧的流体分配区域内对应的流体分配管道横截面的长度均按相同设定尺寸逐层递减，流体分配区域的长度逐层递增一侧的流体分配区域内对应的流体分配管道横截面的长度均按相同设定尺寸逐层递增。

所述的设定尺寸为1mm～10mm。

燃料电池堆的两侧流体分配区域内均设有3个流体分配管道，分别连接燃料电池堆的燃料输入管道、燃料输出管道、氧化剂输入管道、氧化剂输出管道、冷却剂输入管道和冷却剂输出管道。

该电池堆还包括两块集流面板和用于固定电池堆的紧固件，所述的集流面板分别设置在燃料电池堆的底层和顶层并通过紧固件固定。

所述的紧固件为钢带或拉紧螺栓。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)该发明中燃料电池堆中各单电池反应区域横截面均相同，而流体分配区域横截面按照设定方式逐层渐变，使得电池堆的体积减小，材料用量减少，电池堆重量减轻，从而节约了成本，有效提高了电池堆的功率密度；

(2)该发明中每一层单电池中的流体分配管道横截面变化方式按照其所在流体分配区域的变化方式进行变化，从而实现渐变，使得流体在每层单电池内分布均匀，提高了电池堆的运行性能。

附图说明

图1为本发明实施例1和实施例2的燃料电池堆的结构示意图；

图2为本发明实施例1的燃料电池堆中双极板结构示意图；

图3为本发明实施例1的燃料电池堆中电极结构示意图；

图4为本发明实施例1和实施例2的燃料电池堆的纵剖面示意图；

图5为本发明实施例2的燃料电池堆中双极板结构示意图；

图6为本发明实施例2的燃料电池堆中电极结构示意图；