大功率水冷電堆結構的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種大功率水冷電堆結構，包括發電單元和上下兩側的尾板，所述尾板上設計有陰極入口、陰極出口、陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口，發電單元包括雙極板，所述電堆的左右兩側設置有閥體結構，所述閥體結構集成電堆的陰極入口、陰極出口的氣體通道，在電堆的左右兩側形成陰極進口閥體、陰極出口閥體。所述大功率水冷電堆結構通過增大陰極進口面積，降低風阻，使得陰極回路的壓降下降，氣體分布也更加均勻。
【專利說明】
大功率水冷電堆結構
技術領域
[0001]本發明涉及電力行業的電力裝置，尤其是涉及一種大功率水冷電堆結構。
【背景技術】
[0002]典型的水冷電堆由膜電極、陰極流場板、陽極流場板組成一個發電單元，膜電極一般放在兩塊導電的流場板中間，流場板既作為電流集流板，也作為膜電極的機械支撐，流場板上的流道又是燃料與氧化劑、冷卻劑進入陽極、陰極、冷卻表面的通道，并作為帶走燃料電池運行過程中生成水的通道，如上圖所示。
[0003]多個發電單元串聯在一起，然后加上封裝設計，組成一個完整的電堆，單元數越多，電堆的輸出功率越大。結構如圖1所示，一般包括尾板1、尾板2、發電單元，其中尾板I上設計有陰極入口、陰極出口、陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口，圖2是圖1中的一般電堆主體結構示意圖。
[0004]隨著電堆片數的增加，電堆的陰極需要空氣的流量也隨之增大，需要增大陰極入口、出口的尺寸，避免因通徑小而引起過大的壓力損失。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種大功率水冷電堆結構，解決了大功率水冷電堆的陰極壓力入口、出口設計受限于尾板尺寸，導致陰極氣體壓力損失過大以及引起電堆內部各發電單元氣體分布不均勻的問題，其技術方案如下所述:
[0006]—種大功率水冷電堆結構，包括發電單元和上下兩側的尾板，所述尾板上設計有陰極入口、陰極出口、陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口，發電單元包括雙極板，所述電堆的左右兩側設置有閥體結構，所述閥體結構集成電堆的陰極入口、陰極出口的氣體通道，在電堆的左右兩側形成陰極進口閥體、陰極出口閥體。
[0007]所述陰極進口閥體、陰極出口閥體集成電堆的陽極入口、冷卻入口、陽極出口、冷卻出口的氣體通道。
[0008]將尾板上的陰極入口、陰極出口設計到閥體結構上，不再在尾板上設計，所述陰極入口閥體上設計有陰極入口，陰極出口閥體上設計有陰極出口。
[0009]所述陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口也能夠從尾板上設計到閥體結構上。
[0010]所述電堆陰極入口、陰極出口拆分為兩部分，由雙極板和陰極進口閥體組成電堆入口，由雙極板和陰極出口閥體組成電堆出口，所述雙極板的陰極入口、陰極出口為開放型結構。
[0011 ] 所述雙極板的陽極入口、冷卻入口、陽極出口、冷卻出口為開放型結構。
[0012]所述陰極進口閥體集成電堆的陽極入口、冷卻入口的氣體通道，所述陰極出口閥體集成電堆的陽極出口、冷卻出口的氣體通道。
[0013]所述電堆結構的其中一個尾板設置有陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口。
[0014]所述大功率水冷電堆結構通過增大陰極進口面積，降低風阻，使得陰極回路的壓降下降，氣體分布也更加均勻。
【附圖說明】
[0015]圖1是所述水冷電堆的結構示意圖；
[0016]圖2是圖1中的電堆主體結構示意圖；
[0017]圖3是本發明提供的大功率水冷電堆結構實施例1的結構示意圖；
[0018]圖4是圖3中電堆結構剖視圖；
[0019]圖5是圖3中電堆發電單元結構示意圖；
[0020]圖6是圖3中進、出口閥體的示意圖；
[0021]圖7是本發明提供的大功率水冷電堆結構實施例2的結構示意圖；
[0022]圖8是圖7中電堆結構剖視圖；
[0023I圖9是圖7中發電單元結構示意圖；
[0024]圖10是圖7中進出口閥體接頭示意圖；
[0025]圖11是本發明提供的大功率水冷電堆結構實施例3的結構示意圖；
[0026]圖12是圖11中爆炸示意圖。
【具體實施方式】
[0027]本發明有兩種技術方案，可以根據實際需要進行選擇:
[0028]方案一、在電堆側面增加閥體設計，集成電堆陰極入口、陰極出口的氣體通道。
[0029]電堆結構:尾板1、尾板2、陰極進口閥體10、陰極出口閥體11、電堆主體3，整體外形如圖3所示。
[0030]將電堆陰極入口4、陰極出口 5拆分為兩部分，由雙極板和陰極進口閥體10組成電堆入口，由雙極板和陰極出口閥體11組成電堆出口，結構如圖4所示。
[0031]電堆發電單元的結構如圖5所示，所述雙極板的陰極入口、陰極出口為開放型結構。
[0032]陰極進口閥體10、陰極出口閥體11結構如圖6所示。
[0033]本結構可以進行變形:例如電堆陰極進口閥體10、陰極出口閥體11可以根據實際情況變形，可以集成同時陰極入口 4、陰極出口 5、陽極入口 6、陽極出口 7、冷卻入口 8、冷卻出口 9，如圖7、8所示。
[0034]陽極入口和陽極出口可互換;冷卻入口和冷卻出口可互換。一般情況下，陰極入口和陰極出口位于電堆兩側，陽極入口和陽極出口位于電堆兩側，冷卻入口和冷卻出口位于電堆兩側。
[0035]發電單元結構如圖9所示，所述雙極板的陽極入口、冷卻入口、陽極出口、冷卻出口為開放型結構。
[0036]進出口閥體接頭如圖10所示，和雙極板的陽極入口、冷卻入口、陽極出口、冷卻出口相對應。
[0037]方案二、在方案一的基礎上，將陰極入口、陰極出口設計在閥體結構的側面。
[0038]電堆結構:尾板1、尾板2、陰極進口閥體10、陰極出口閥體11、電堆主體3，如圖11所不O
[0039 ]電堆尾板2上設計有陽極入口 6、陽極出口 7、冷卻入口 8、冷卻出口 9，如圖12所示。
[0040]陰極入口閥體10上設計有陰極入口，如圖11所示。
[0041]陰極出口閥體11上設計有陰極出口，如圖11所示。
[0042]本結構同樣可以進行變形，在陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口、陰極入口、陰極出口中選擇不同的組合，集成在閥體結構上。
[0043]實施例1:電堆整體結構:尾板1、尾板2、陰極進口閥體10、陰極出口閥體11、100個發電單元，如圖3所示；內部結構如圖4，圖4為去掉尾板I后的內部結構俯視圖，其中電堆主體結構俯視圖如圖5所示，陰極入口采用開放式設計，冷卻和陽極進口、出口仍采用封閉式設計，閥體結構如圖6所示。
[0044]對比一般電堆結構，如圖1所示，陰極回路的壓降下降了15%。
[0045]實施例2:電堆整體結構:尾板1、尾板2、陰極進口閥體10、陰極出口閥體11、100個發電單元，如圖7所示(去掉了陰極尾板)；內部結構如圖8，圖8為去掉尾板I后的內部結構俯視圖，其中電堆主體結構俯視圖如圖9所示，陰極、陽極、冷卻均采用開放式設計；閥體結構如圖10所示。
[0046]對比一般電堆結構，如圖1所示，陰極回路的壓降下降了15%，陽極壓降下降了10%，冷卻回路的壓降下降了 10%。
[0047]實施例3:電堆整體結構:尾板1、尾板2、陰極入口閥體10、陰極出口閥體11、100個發電單元，如圖11所示。
[0048]對比一般電堆接頭，如圖1所示，陰極回路的壓降下降了30%，氣體分布也更加均勻。
【主權項】
1.一種大功率水冷電堆結構，包括發電單元和上下兩側的尾板，所述尾板上設計有陰極入口、陰極出口、陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口，發電單元包括雙極板，其特征在于:所述電堆的左右兩側設置有閥體結構，所述閥體結構集成電堆的陰極入口、陰極出口的氣體通道，在電堆的左右兩側形成陰極進口閥體、陰極出口閥體。2.根據權利要求1所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:所述陰極進口閥體、陰極出口閥體集成電堆的陽極入口、冷卻入口、陽極出口、冷卻出口的氣體通道。3.根據權利要求1或2任一所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:將尾板上的陰極入口、陰極出口設計到閥體結構上，不再在尾板上設計，所述陰極入口閥體上設計有陰極入口，陰極出口閥體上設計有陰極出口。4.根據權利要求3所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:所述陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口也能夠從尾板上設計到閥體結構上。5.根據權利要求1所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:所述電堆陰極入口、陰極出口拆分為兩部分，由雙極板和陰極進口閥體組成電堆入口，由雙極板和陰極出口閥體組成電堆出口，所述雙極板的陰極入口、陰極出口為開放型結構。6.根據權利要求2所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:所述雙極板的陽極入口、冷卻入口、陽極出口、冷卻出口為開放型結構。7.根據權利要求2或6任一所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:所述陰極進口閥體集成電堆的陽極入口、冷卻入口的氣體通道，所述陰極出口閥體集成電堆的陽極出口、冷卻出口的氣體通道。8.根據權利要求3所述的大功率水冷電堆結構，其特征在于:所述電堆結構的其中一個尾板設置有陽極入口、陽極出口、冷卻入口、冷卻出口。
【文檔編號】H01M8/24GK105914385SQ201610493519
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月28日
【發明人】張蘋, 歐陽洵, 朱俊娥, 賴平化
【申請人】北京氫璞創能科技有限公司