专利名称：一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及燃料电池，尤其涉及一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置。
背景技术：
质子交换膜燃料电池的用途非常广泛，可以用作电动自行车、助动车、电动汽车及其他运载工具的动力，也可用作发电装置，如固定式或手提式电源、手机电源等。
目前质子交换膜燃料电池一般都由数个或数十个，甚至几百个单电池集合成一个燃料电池堆，其中燃料如氢气、氧化剂如空气以及冷却流体如水三者的进通道及出通道集合在燃料电池堆的前端面板上或前、后端面板上。如图1所示，它是一种通道集合在前端面板上的例子；1、6为燃料进及出口，3、4为氧化剂进及出口，2、5为冷却流体进及出口。该例中燃料氢气、氧化剂空气、冷却水的进口与出口一般都处于导流板的上、下或左右对角处，如图2所示。
目前这种燃料电池堆的工程设计有以下许多不足之处1.当燃料刚从入口1进入燃料电池导流板时，浓度比较高，电化学反应速度较快，这样会产生燃料电池导流板对应的电极在前半部产生较高的电流密度，使温度较高，而随着燃料氢气的消耗，导流板的后半部浓度降低，使相对应的电极产生相对较低的电流密度，温度也较低。
2.同样地氧化剂空气刚进入3入口处时氧的浓度较高，电化学反应速度较快，这样会产生燃料电池导流板对应的电极在前半部产生的较高的电流密度，并使温度较高，而随着空气沿着导流场从入口向出口流动，氧气的浓度不断减少，并且生成的产物水不断增多严重时会在导流板相对应的电极后半部产生水泛滥现象，更加会使电化学反应减慢，从而降低了电流密度。
3.冷却流体的走向也有这个问题，刚进入2入口处时，温度较低，出口处5处温度较高，形成了温差。
上述三点均形成了共同的缺陷，即燃料氧化剂传质不均匀，产生电流密度也不均匀，或散热不均匀形成较大的温差。
发明内容
本实用新型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能使燃料电池传质与散热均匀的装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，包括一个燃料电池，该燃料电池由多块导流板叠加，并在其两端夹装前、后端板构成，所述的导流板上分别开设有燃料、氧化剂以及冷却流体通道，在前端板或后端板上与该通道相应的位置分别开设有燃料、氧化剂以及冷却流体的进、出口，其中每种流体的进口与出口分别处于端板的上、下或左右对角处；其特征在于，还包括一个切换装置，该切换装置设在燃料、氧化剂以及冷却流体的进、出口处，该切换装置先使燃料、氧化剂以及冷却流体从端板的进口处进入，从出口处出来，持续一段时间以后进行切换，再使燃料、氧化剂以及冷却流体从端板的出口处进入，从进口处出来，如此进行反复切换。
所述的切换装置为电磁阀式切换装置。
所述的切换装置为活塞式切换装置。
所述的切换装置为旋转式切换装置。
与现有技术相比，本实用新型由于采用了切换装置，因此它可以不断变换燃料电池中燃料氢气、氧化剂以及冷却水的进、出口，从而使得进入燃料电池的氢气、氧化剂浓度比较均匀，电化学反应速度较平缓，电流密度均匀，导流板温度不会太高，散热也比较均匀。
图1为现有燃料电池的流体进、出口结构示意图；图2为现有燃料电池的导流板的导流通道结构示意图；
图3为本实用新型燃料氢气进、出口与切换装置连接后的结构示意图；图4为本实用新型氧化剂空气进、出口与切换装置连接后的结构示意图；图5为本实用新型冷却水进、出口与切换装置连接后的结构示意图；图6为本实用新型电磁阀式切换装置的作原理图；图7为本实用新型活塞式切换装置的工作原理图；图8为本实用新型旋转式切换装置的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例1一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，包括一个由多块导流板叠加，并在其两端夹装前、后端板而构成的燃料电池，该燃料电池的叠加导流板上分别开设有氢气、空气以及冷却水通道，在前端板上与该通道相应的位置分别开设有氢气、空气以及冷却水的进、出口，其中每种流体的进口与出口分别处于端板的上、下或左右对角处；还包括一个电磁阀式切换装置，如图3所示，这是一种利用切换装置使氢气不断变换输气方向的例子，它利用电磁阀切换装置先使氢气从1处进，从6处出，当持续一段时间后(如持续数秒或数分钟，确切的说，本实施例取30秒为一个持续时间段)，切换装置换向，再使氢气从6处进，从1处出，这样经过反复切换，变换氢气的进、出口，使燃料电池中导流板中的氢气传质及生成的水分布更均匀。
实施例2一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，包括一个由多块导流板叠加，并在其两端夹装前、后端板而构成的燃料电池，该燃料电池的叠加导流板上分别开设有氢气、空气以及冷却水通道，在前端板上与该通道相应的位置分别开设有氢气、空气以及冷却水的进、出口，其中每种流体的进口与出口分别处于端板的上、下或左右对角处；还包括一个电磁阀式切换装置，如图4所示，这是一种利用切换装置使空气不断变换输气方向的例子，它利用电磁阀切换装置先使空气从3处进，从4处出，当持续一段时间后(如持续数秒或数分钟，确切的说，本实施例取2分钟为一个持续时间段)，切换装置换向，再使空气从4处进，从3处出，这样经过反复切换，变换空气的进、出口，使燃料电池中导流板中的空气传质及生成的水分布更均匀。
实施例3一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，包括一个由多块导流板叠加，并在其两端夹装前、后端板而构成的燃料电池，该燃料电池的叠加导流板上分别开设有氢气、空气以及冷却水通道，在前端板上与该通道相应的位置分别开设有氢气、空气以及冷却水的进、出口，其中每种流体的进口与出口分别处于端板的上、下或左右对角处；还包括一个电磁阀式切换装置，如图5所示，这是一种利用切换装置使冷却水不断变换输气方向的例子，它利用电磁阀切换装置先使冷却水从2处进，从5处出，当持续一段时间后(如持续数秒或数分钟，确切的说，本实施例取10分钟为一个持续时间段)，切换装置换向，再使冷却水从5处进，从2处出，这样经过反复切换，变换冷却水的进、出口，使燃料电池散热较均匀，体现在冷却水温差较小。
切换装置可以用以下几种通过电子自动控制切换的装置，例如用电磁阀式的控制阀，活塞式的切换阀，以及旋转式的切换阀，以下是这三种切换装置的工作原理如图6所示，一种电磁阀式的切换装置，当外接流体进入电磁阀时可以先导通A与C的通道而关闭A与D的通道，同时导通D与B的通道关闭B与C的通道，C与D分别与燃料电池的同一流体的入、出口或出、入口相接，当持续一定时间后电磁阀自动切换，将A与C的通道关闭，而导通A与D通道，同时导通B与C通道，关闭B与D的通道，达到燃料电池中流体交叉换向的目的。
如图7所示，一种活塞式的切换装置，当活塞M左移将I通道堵住，流体从A处入口经II通道到达D处进入燃料电池，此时活塞N右移将IV通道堵住，从燃料电池流出的流体从C处进入经III通道再从B处出来；持续一段时间后，活塞M右移将II通道堵住，流体从A处入口经I通道从C处进入燃料电池，此时活塞N左移将III通道堵住，流体从D处出燃料电池经IV通道从B处出来。
如图8所示，一种旋转式的切换装置，当外接流体从A处进入，流体经由I通道到达D处出来并进入燃料电池，燃料电池中同一流体从C处进入经由II通道到达B出来，当持续一段时间后，里面的阀芯旋转90°，此时外接流体从B处进入，经由II通道从C处出来并进入燃料电池，燃料电池中同一流体从D处进入，经过I通道从A处出来。
以上仅是三种切换装置的举例，还有其他切换装置从原理是以上一种或几种原理的组合也能达到切换目的，另外，这些切换装置既可以装在燃料电池堆外，也可以装在燃料电池的端面板上，以达到节约空间的目的。
权利要求1.一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，包括一个燃料电池，该燃料电池由多块导流板叠加，并在其两端夹装前、后端板构成，所述的导流板上分别开设有燃料、氧化剂以及冷却流体通道，在前端板或后端板上与该通道相应的位置分别开设有燃料、氧化剂以及冷却流体的进、出口，其中每种流体的进口与出口分别处于端板的上、下或左右对角处；其特征在于，还包括一个切换装置，该切换装置设在燃料、氧化剂以及冷却流体的进、出口处，该切换装置先使燃料、氧化剂以及冷却流体从端板的进口处进入，从出口处出来，持续一段时间以后进行切换，再使燃料、氧化剂以及冷却流体从端板的出口处进入，从进口处出来，如此进行反复切换。
2.根据权利要求1所述的一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，其特征在于，所述的切换装置为电磁阀式切换装置。
3.根据权利要求1所述的一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，其特征在于，所述的切换装置为活塞式切换装置。
4.根据权利要求1所述的一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置，其特征在于，所述的切换装置为旋转式切换装置。
专利摘要本实用新型涉及一种能使燃料电池传质与散热均匀的装置,包括一个燃料电池,该燃料电池由多块导流板叠加,并在其两端夹装前、后端板构成,还包括一个切换装置,该切换装置先使燃料、氧化剂以及冷却流体从端板的进口处进入,从出口处出来,持续一段时间以后进行切换,再使燃料、氧化剂以及冷却流体从端板的出口处进入,从进口处出来,如此进行反复切换。与现有技术相比,本实用新型电化学反应速度快而平缓,电流密度均匀,导流板温度不会太高,散热也比较均匀。
文档编号H01M8/04GK2511003SQ01274439
公开日2002年9月11日 申请日期2001年12月26日 优先权日2001年12月26日
发明者胡里清 申请人:上海神力科技有限公司