[发明专利]具有改进的流动通道的冷却板

说明书

技术领域

发明涉及一种用于冷却燃料电池的冷却板，更明确地说，涉及一种具有改进的流动通道以用来减小冷却板各部分之间温差的冷却板。

背景技术

燃料电池是通过化学反应将燃料的化学能转化成电能的发电体，只要供给燃料，燃料电池就可持续发电。图1是燃料电池的能量转换结构的示意图。参考图1，将含氧空气供给阴极1而将含氢的燃料供给阳极3时，借助于水的电解作用和通过电解质膜2的逆反应发电。但是，通常由单元电池10发出的电不具备可供使用的高电压。所以，如图2所示，通过将多个单元电池10串联连接而成的电池堆20来发电。参考图3，在每一个被叠置于电池堆20内的单元电池10中，双极板4包括用来向阴极1和阳极3供给氧或氢和从阴极和阳极回收氧或氢的表面流动通道4a，这些表面流动通道4a相互连接。因此，如图2所示，当通过电池堆20的端板21从外部提供氢和氧时，相应的原料被供给相应的电极并通过每个单元电池10的表面流动通道4a循环。当然，如上所述，氢以化学燃料的方式提供，而氧以空气的方式提供。

在电化学反应的过程中，在发电的同时也产生热量。所以，为使燃料电池平稳工作，应通过散热对燃料电池持续进行冷却。为了达到此目的，在燃料电池中，如图2所示，设有热交换器30且在电池堆20的每第五到第六个单元电池10上安装有冷却板5，以使来自热交换器30的冷却水流过。所以，当冷却水流经冷却板的流动通道5a(参考图3)时其吸收电池堆20内的热量，吸收了热量的冷却水在热交换器30内被二次冷却水冷却并循环回到电池堆20。

但是，如果在冷却过程中测量冷却板各部分的温度的话，如图4所示，在吸热影响最大的冷却板5的中央部分温度最高，而在冷却水进入和流出的进口5a-1和出口5a-3具有较低的温度分布。这样的温度分布是必然的，因为在热交换器30处被冷却的冷却水通过进口5a-1流入后，在流经中央部分5a-2时冷却水吸收大量的热，而在流过中央部分5a-2后通过出口5a-3流出前从冷却水中只散出少量的热。于是，出现了在中央部分和两端部之间温差较大的问题。根据实际的温度测量结果，如图4所示，在冷却板5的中央部分的温度约达150℃，在进口5a-1处的温度约达135℃，在出口处的温度约达140℃。也就是说，在单块冷却板5上产生10～15℃的温差。若存在大的温差，有可能由于热应力而使冷却板5变形。最重要的是，大的温差对相邻单元电池10的电化学反应将产生不利影响。即，当温差大时，在单元电池10内的电解质膜2的各部分中的电阻变化，结果导致较大的电流密度偏差，因此发出的电的电压不稳定。

于是，为了解决这个问题，需要开发一种可使相应的单元电池10的单块冷却板5中的温差最小的新型冷却板。

发明内容

本发明的目的是提供一种对用于冷却水的流动通道进行了改进、因而可减小冷却板各部分之间的温差的冷却板。

根据本发明的一方面，提供一种内部设有用于使吸收发热体的热量的冷却水流动的流动通道的冷却板，其中，这些流动通道被形成为使得流动通道的中央部分的体积大于进口和出口附近的端部部分的体积，因此，流经中央部分的冷却水量比流过进口和出口附近的端部部分的水量多。

可使出口附近的端部部分的流动通道的体积大于进口附近的端部部分的流动通道的体积。

可将流动通道装配成使冷却水从进口垂直流向出口，以冷却在单元电池内的能量转换过程中产生的热量。

附图说明

通过参考附图对本发明的一些示例性实施方式进行详细描述，本发明所述的及其他的特点和优点将更加清晰。在附图中

图1是传统燃料电池发电原理的示意图；

图2是具有传统冷却板的燃料电池叠置结构的透视图；

图3是图2所示的燃料电池堆的单元电池中原料循环结构的分解透视图；

图4是图2所示的冷却板的温度分布图；

图5是采用了本发明一实施方式的冷却板的燃料电池叠置结构的透视图；

图6是本发明一实施方式的图5所示的冷却板的放大图；

图7至10的曲线示出了本发明一实施方式的通过改变各变量的图5所示的冷却板各部分之间的温度分布的模拟结果。

具体实施方式

图5是采用了本发明一实施方式的冷却板100的燃料电池堆20的结构透视图，图6是图5所示的冷却板100的放大图。