CN107681176A - 一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板及方法，包括金属阴极板，金属阳极板和散热片。散热片结构与金属阴极板结构相同。与现有技术相比，散热片可以在增大冷却面积的同时，阻力尽量小，增加散热量，并且不直接接触膜电极，不会影响膜电极的性能。

Description

一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板及方法
技术领域
本发明涉及一种风冷燃料电池金属双极板及方法，特别是一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板及方法。
背景技术
燃料电池通常由多个电池单元构成，每个电池单元包括阳极和阴极，多个单电池串联组成燃料电池电堆，通过给阳极供应反应物，阴极供应氧化剂，实现电化学反应，从而产生电能。
双极板是组成单电池的重要部分，双极板将阴极板和阳极隔开，并为反应物和氧化剂的流通提供空间，称为“流道”。双极板不但需要提供反应物的流道，还需要排出反应后生成的水与热量，避免因热量蓄积而造成燃料电池不能工作和缩短寿命。为此双极板不但有反应物流道、氧化剂流道，还要有冷却介质流道，冷却介质在流动时带走反应产生的热量。
燃料电池散热消耗的功率约占燃料电池输出功率的50～60％，所以燃料电池散热效果的好坏会直接影响到燃料电池的输出功率。
如图1、6所示，常规风冷燃料电池双极板由金属阴极板1和金属阳极板2组成，金属阴极板1的横截面为凹凸相间的形状，金属阴极板1的凸处内为冷却介质流道4，金属阴极板1凹处内为反应物流道5。金属阳极板2为平板，位于金属阴极板1的底部。在常规风冷燃料电池双极板散热时，通常采用风扇在金属双极板的一侧吸风，来保证燃料电池的氧气消耗和散热效果。在风量一定的情况下，散热效果主要取决于金属阴极板的面积，这样的风冷燃料电池的散热能力不高，散热性差。
另外，申请号：201210592538.7的专利，虽然也增加了散热片，增大了散热面积，但是该专利有如下缺陷。(1)该专利的散热片迎着冷却介质的流动方向，增大了阻力，使电堆运行时的功率损失增大。(2)该专利的散热片立在阴、阳极板中间，增大了电堆的体积，使电堆的体积比功率降低。(3)该专利的一体化双极板结构组装困难，不利于批量生产。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有风冷燃料电池散热性差的不足，提供一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板及方法，增大了散热面积，能够有效提高风冷燃料电池的输出功率；并且，散热片不直接接触膜电极，不会对膜电极造成损伤。
本发明技术解决方案：一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，包括金属阳极板和金属阴极板，其特点在于：还包括散热片，所述散热片嵌入金属阴极板的冷却介质流道内。
所述散热片的横截面为波纹型。所述波纹型中至少存在一个波形。所述波纹所形成的角度范围为15°-75°。
所述散热片和金属阴极板的距离不小于0.2mm，间距太小，会造成过多的阻力损失。
所述散热片的材料与金属阴极板相同，或者选用比金属阴极板的导热系数高、密度小的材料。
本发明提供的一种增强风冷燃料电池双极板散热效果的方法，在冷燃料电池双极板的金属阴极板的冷却流道内侧设置散热片。
本发明提供的一种制造增强散热效果的风冷燃料电池双极板的方法，步骤为：首先将散热片固定在金属阳极板上，散热片位置对应在金属阴极板的冷却介质流道下方，再将金属阴极板固定到金属阳极板上。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明在金属阴极板的冷却流道内侧设置散热片，增大了散热面积，更能有效减少燃料电池输出功率的损失。并且，散热片不直接接触膜电极，不会对膜电极造成损伤。
(2)本发明增大了冷却介质流道的散热面积，提高了风冷燃料电池散热效率，明显的降低燃料电池堆的温度，降低燃料电池的风扇或风机用于散热的能耗，提高双极板被用于燃料电池时的散热能力。
(3)本发明结构简单，将散热片固定到冷却流道内侧，不增加体积，有效的增大散热面积，有效的减少燃料电池输出功率的损失，提高了燃料电池输出功率。
附图说明
图1为常规风冷燃料电池双极板示意图；
图2为第一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板的结构示意图；
图3为第二种增强散热效果的风冷燃料电池双极板的结构示意图；
图4为图2的截面图；
图5为图3的截面图；
图6为本发明的金属阴极板的结构示意图；
图7为第一种散热片结构示意图；
图8为第二种散热片结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式进一步说明对本发明。
如图2、4或3、5所示，本发明包括金属阴极板1、金属阳极板2和散热片3。金属阴极板1的横截面为凹凸相间的波纹形状。金属阳极板2为平板。散热片3的横截面为波纹形，固定在金属阳极板2上，嵌入冷却介质流道4内。散热片3波纹型中的波形，至少存在一个波形。波纹所形成的角度为15°～75°，优选45°。
如图3、4所示，安装时，首先将散热片3固定在金属阳极板2上，其位置对应在金属阴极板1的冷却介质流道4下方，再将金属阴极板1固定到金属阳极板2上。
本发明在冷却介质流道4中设置散热片3，增大了散热面积，使冷却介质通过流道时带走更多的热量，达到更好的散热效果。
实施例1：如图2、4或3、5所示，本发明包括金属阴极板1、金属阳极板2和散热片3。金属阴极板1的横截面为凹凸相间的波纹形状，凹处和凸处的横截面近似直角形。金属阳极板2为平板。散热片3的横截面为波纹形，固定在金属阳极板2上，嵌入冷却介质流道4内。
如图3、4所示，安装时，首先将散热片3固定在金属阳极板2上，其位置对应在金属阴极板1的冷却介质流道4下方，再将金属阴极板1固定到金属阳极板2上。
实施例2：金属阴极板1、散热片3、金属阳极板2分别通过模具成型，然后焊接在一起，形成双极板。如图2、图3所示，散热片3在金属阴极板1和金属阳极板2中间，不增加双极板体积，在冷却流道内，阻力小。双极板成型方便，有效的提高电堆的性能，并且是电堆的功率密度大幅提升。
实施例3：散热片3和金属阴极板1的距离不小于0.2mm，间距太小，会造成过多的阻力损失。
实施例4：散热片3的材料与金属阴极板1相同，或者选用比金属阴极板的导热系数高、密度小的材料。使用铝箔材料效果最好。
实施例5：在冷燃料电池双极板的金属阴极板1的冷却介质流道4内侧设置散热片3。
实施例6：将散热片固定在金属阳极板2上，散热片3位置对应在金属阴极板的冷却介质流道4下方，再将同金属阴极板1固定到金属阳极板2上。
如图7所示，为第一种散热片3结构示意图。此散热片3为凹凸相间的形状，凸起形状上至少带一个波纹，有效的增大表面积。
如图8所示，为第二种散热片3结构示意图。此散热片3为凹凸相间的形状，凸起形状上至少带一个波纹，有效的增大表面积。
总之，本发明与现有技术相比，散热片可以在增大冷却面积的同时，阻力尽量小，增加散热量，并且不直接接触膜电极，不会影响膜电极的性能。

Claims (8)

1.一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，包括金属阳极板和金属阴极板，其特征在于：还包括散热片，所述散热片嵌入金属阴极板的冷却介质流道内。
2.根据权利要求1所述的一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，其特征在于：所述散热片的横截面为波纹型。
3.根据权利要求2所述的一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，其特征在于：所述波纹型中至少存在一个波形。
4.根据权利要求2所述的一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，其特征在于：所述波纹所形成的角度范围为15°-75°。
5.根据权利要求1所述的一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，其特征在于：所述散热片和金属阴极板的距离不小于0.2mm，间距太小，会造成过多的阻力损失。
6.根据权利要求1所述的一种增强散热效果的风冷燃料电池双极板，其特征在于：所述散热片的材料与金属阴极板相同，或者选用比金属阴极板的导热系数高、密度小的材料。
7.一种增强风冷燃料电池双极板散热效果的方法，其特征在于：在冷燃料电池双极板的金属阴极板的冷却流道内侧设置散热片。
8.一种制造增强散热效果的风冷燃料电池双极板的方法，其特征在于：首先将散热片固定在金属阳极板上，散热片位置对应在金属阴极板的冷却介质流道下方，再将金属阴极板固定到金属阳极板上。
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