本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種新型燃料電池堆冷卻水流道板及其電池組。

背景技術(shù)：

燃料電池是一種可以將儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能通過電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的電化學(xué)裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池是屬于低溫燃料電池,工作溫度一般在40-80℃，其能量轉(zhuǎn)化效率較高(40％-60％)，環(huán)境友好性強(qiáng),具有噪聲低,啟動(dòng)快,無腐蝕,制備容易和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

燃料電池工作時(shí),氫氣或其他燃料輸入到陽極,并在電極和電解質(zhì)的界面上發(fā)生氫氣或其他燃料氧化與氧氣還原的電化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生電流,輸出電能。電化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)熱，使燃料電池內(nèi)部升溫，而溫度又會(huì)影響到燃料電池的發(fā)電效率；為了使燃料電池維持在高效發(fā)電的溫度范圍內(nèi)，需要采用冷卻工質(zhì)降低膜電極組件的溫度。如何設(shè)計(jì)水流道,使其冷卻效果好且效率提高是目前的熱點(diǎn)問題。目前,水流道一般設(shè)置為蛇形流道，換熱效果隨著水流方向逐漸減弱。“質(zhì)子交換膜燃料電池的金屬?gòu)?fù)合雙極板”cn1416184a在氫、氧流場(chǎng)板上加工出溝槽式流道，冷卻液流場(chǎng)則是在陽極單極板和陰極單極板組合后形成，沒有設(shè)置單獨(dú)的冷卻液流場(chǎng)，且雙極板組件相對(duì)較厚且較重，影響了燃料電池堆的重量和容積效率?！耙环N質(zhì)子交換膜燃料電池金屬雙極板”cn101572318將陰極單極板分配區(qū)上每個(gè)凸臺(tái)背面的凹坑與陽極單極板分配區(qū)上的凸臺(tái)背面的凹坑呈交錯(cuò)排列,凹坑與凹坑相對(duì)搭接的部分構(gòu)成連續(xù)串聯(lián)的水流分配流道,此外，再加上兩片單極板平行流道部分的背面溝槽，組成完整的水流流道；但是由于這種水流流道的構(gòu)建方法需要特殊設(shè)計(jì)的氣體分配區(qū)和氣體流場(chǎng)類型,制約了其應(yīng)用范圍。“燃料電池堆水流道”cn106207223a提出了燃料電池堆水流道由多個(gè)流道并聯(lián)相通,水流進(jìn)入電堆經(jīng)過進(jìn)口進(jìn)行分流后同時(shí)從多個(gè)流道流通,并從出口流出，其整個(gè)水路都是電池堆的冷卻系統(tǒng)；但是水從同側(cè)流入流出，存在異程水力失調(diào)的可能性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述技術(shù)的不足，而提供一種新型燃料電池堆冷卻水流道板及其電池組，解決通常狀態(tài)下單進(jìn)單出的水流道水冷達(dá)不到冷卻要求的問題、并解決異程輸水可能導(dǎo)致的水力失調(diào)問題。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種新型燃料電池堆冷卻水流道板，其特征在于：包括水流道板，所述水流道板的四周分布有緊固螺栓以及相應(yīng)的螺栓座，所述水流道板的左側(cè)依次設(shè)有氫氣輸入總通道孔和空氣輸入總通道孔，與所述氫氣輸入總通道孔和空氣輸入總通道孔對(duì)應(yīng)的水流道板的右側(cè)分別設(shè)有氫氣輸出總通道孔和空氣輸出總通道孔；所述水流道板的上部設(shè)置有入口并聯(lián)流道，下部設(shè)置有出口并聯(lián)流道，所述入口并聯(lián)流道和出口并聯(lián)流道分別與設(shè)置在水流道板內(nèi)的分水流道及水流道相連通，每一個(gè)入口并聯(lián)流道和出口并聯(lián)流道分別連接4～8道分水流道，所述分水流道與所述水流道之間設(shè)置有第一分流圓柱。

優(yōu)選地，所述氫氣輸入總通道孔和空氣輸入總通道孔的一側(cè)分別設(shè)置有分流擋板和第二分流圓柱。

優(yōu)選地，所述水流道深度為0.8mm～1.5mm。

一種新型燃料電池組，其特征在于：該電池組包括權(quán)利1-3內(nèi)所述的冷卻水流道板，與氫極板、質(zhì)子交換膜及氧極板進(jìn)行疊放組合成電池組，通過緊固螺栓進(jìn)行連接，燃料電池組最外側(cè)分別為氫極板封裝板和氧極板封裝板，用以封裝整體燃料電池組。

優(yōu)選地，所述電池組的疊放順序?yàn)闅錁O板、質(zhì)子交換膜、氧極板、冷卻水流道板、氫極板、質(zhì)子交換膜、氧極板，依次疊加，最外側(cè)由氫極板封裝板和氧極板封裝板進(jìn)行封裝。

本發(fā)明的有益效果是:燃料電池冷卻水流道由多個(gè)流道并聯(lián)相通,水流通過分水器進(jìn)入各進(jìn)口并聯(lián)流道，通過進(jìn)口并聯(lián)流道分流后進(jìn)入水流道板，進(jìn)而進(jìn)行進(jìn)一步分流，再同時(shí)從多個(gè)出口并聯(lián)流道流出，最終匯集至異側(cè)集水器。本方案單獨(dú)設(shè)置了冷卻水流場(chǎng)，燃料電池的安全運(yùn)行得到了進(jìn)一步的提升；本方案提出的水流道形式可以與不同形式的金屬雙極板進(jìn)行組合，應(yīng)用范圍較廣；本方案設(shè)置多通道并聯(lián)水流道，解決了通常狀態(tài)下單進(jìn)單出的水流道水冷達(dá)不到冷卻要求的情況；本方案設(shè)置同程水流道，解決了水流道內(nèi)異程水力失調(diào)的問題，使每條水流道內(nèi)充滿水?？偠灾?，本發(fā)明所提出的燃料電池冷卻水流道及設(shè)置方法可以更為有效地將電化學(xué)反應(yīng)中的產(chǎn)生的多余熱量帶走，進(jìn)而提升燃料電池的發(fā)電效率。

附圖說明

圖1為燃料電池冷卻水水流道板平面圖；

圖2為燃料電池組軸示示意圖；

圖3為燃料電池冷卻水流道流程圖；

圖4為燃料電池冷卻水流道軸示示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

如圖1所示，本發(fā)明所提出的燃料電池冷卻水流道，水流通道包括體積為0.064m³～0.125m³、敷設(shè)保溫材料的分水器，水力直徑為20mm～30mm的入口并聯(lián)流道，水利直徑為0.8mm～1.5mm的水流道板內(nèi)水流道，水力直徑為20mm～30mm的出口并聯(lián)流道，及體積為0.064m³～0.125m³、敷設(shè)保溫材料的集水器。

燃料電池冷卻水流道板，如圖1所示，采用石墨材料開模制成，板厚度為3mm～5mm，形成的板內(nèi)水流道深度為0.8mm～1.5mm，流道總數(shù)為120～150。水流道板框架2尺寸：寬：155mm～175mm；長(zhǎng)：355mm～375mm。水流道板包括14個(gè)緊固螺栓1及相應(yīng)的螺栓座6，螺栓距離為50mm～80mm。水流道板上分布設(shè)置氫氣輸入總通道孔5，氫氣輸出總通道孔13，空氣輸入總通道孔7，空氣輸出總通道孔12；其中，為了使氣體均勻地進(jìn)行輸配，輸入總通道孔處設(shè)置分流擋板3及分流圓柱4。水流道板上部設(shè)置入口并聯(lián)流道8，與水流道板內(nèi)分水流道及水流道14相連接；每一個(gè)入口并聯(lián)流道8連接4～8道分水流道。為了使水均勻地進(jìn)入水流道板，且更均勻地與燃料電池雙極板進(jìn)行換熱，設(shè)置水道分流圓柱9；冷卻水繞過水道分流圓柱9后形成15～20道水流道14；水在流道內(nèi)向下流動(dòng)，繞過水道分流圓柱9后，進(jìn)入出口并聯(lián)流道10。

如圖2所示，本發(fā)明提出的燃料電池冷卻水流道板15可作為燃料電池組的一部分，與氫極板16、質(zhì)子交換膜17及氧極板空氣極板18進(jìn)行疊放組合，通過緊固螺栓圖1:1進(jìn)行連接。燃料電池組最外側(cè)分別為氫極板封裝板19和氧極板空氣極板封裝板20，用以封裝整體燃料電池組。燃料電池組內(nèi)部可由多組氫極板16、質(zhì)子交換膜17、氧極板空氣極板18及冷卻水流道板15組成，一般組合順序?yàn)闅錁O板16、質(zhì)子交換膜17、氧極板空氣極板18、冷卻水流道板15、氫極板16、質(zhì)子交換膜17、氧極板空氣極板18、冷卻水流道板15、氫極板16、質(zhì)子交換膜17、氧極板空氣極板18……，即冷卻水流道板15兩側(cè)為氫極板16和氧極板空氣極板18，其內(nèi)的冷卻水可以與雙極板進(jìn)行充分的換熱，提高燃料電池組發(fā)電效率。

如圖3所示，燃料電池組循環(huán)冷卻水或開式冷卻水在水泵的作用下，通過分水器圖4:23進(jìn)行各個(gè)入口并聯(lián)流道8，每經(jīng)過一塊燃料電池冷卻水流道板，就有一部分冷卻水經(jīng)水道分流圓柱圖1：9進(jìn)入水流道14，充分換熱后流入出口并聯(lián)流道10，最終流入集水器圖4:24。由于循環(huán)冷卻水或開式冷卻水通過的每一條水道分水器——某支入口并聯(lián)流道——對(duì)應(yīng)某幾道水流道——對(duì)應(yīng)某支出口并聯(lián)流道——集水器的路徑長(zhǎng)度是相同的，解決了異程水力失調(diào)問題，使每條水道內(nèi)均充滿水，且流速基本相同，進(jìn)而使冷卻水與雙極板各處的換熱更加均勻，使冷卻水與雙極板的換熱更加充分，提升換熱能力，最終達(dá)到提高燃料電池組發(fā)電效率的目的。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。