阅读说明：本技术 一种提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布一致性的方法 (Method for improving heat distribution consistency inside water-cooled proton membrane fuel cell stack ) 是由 林晨 王新磊 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布一致性的方法,包括空气流道、冷却水流道以及氢气流道,空气流道和冷却水流道均为蛇形结构,冷却水与空气流场的排布方式为逆流排布,氢气流道为蛇形结构,氢气与空气流场的排布方式为逆流排布。该方法电堆内部不同膜电极间的温度差异最小,同时,膜电极面内的温度均匀性最好,即面内局部热点更少,电堆的温度一致性最好,预期寿命也更长。因此,可以通过空气和冷却水流场的逆流排布,来提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布的一致性,延长电堆使用寿命。(The invention discloses a method for improving the heat distribution consistency inside a water-cooled proton membrane fuel cell stack, which comprises an air flow channel, a cooling water flow channel and a hydrogen flow channel, wherein the air flow channel and the cooling water flow channel are both of a serpentine structure, the arrangement mode of cooling water and an air flow field is counter-current arrangement, the hydrogen flow channel is of a serpentine structure, and the arrangement mode of hydrogen and the air flow field is counter-current arrangement. According to the method, the temperature difference between different membrane electrodes in the galvanic pile is minimum, meanwhile, the temperature uniformity in the membrane electrode surface is best, namely local hot spots in the surface are fewer, the temperature consistency of the galvanic pile is best, and the expected life is longer. Therefore, the uniformity of heat distribution in the water-cooling proton membrane fuel cell stack can be improved through the countercurrent arrangement of the air and the cooling water flow field, and the service life of the stack is prolonged.)

一种提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布一致性的 方法

技术领域

本发明涉及氢燃料电池技术领域，具体为一种提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布一致性的方法。

背景技术

水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布的一致性对电堆的性能和寿命至关重要，特别是对于大功率的电堆。大功率电堆一般由几十甚至几百片膜电极组成，若电堆内部出现明显热点，会很大程度上影响电堆的运行，从而降低电堆的性能和寿命。通过优化空气流场和冷却水流场之间的排布方式，可以有效提高电堆内部热量分布的一致性，从而有效保证电堆高效率、长寿命运行。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布一致性的方法，目的是解决不同膜电极之间具有较大的温差，还可以避免膜电极面上热点的产生，提高了电堆内部热量分布的一致性。

为了实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案为：

一种提高水冷型质子膜燃料电池电堆内部热量分布一致性的方法，包括空气流道、冷却水流道以及氢气流道，空气流道和冷却水流道均为蛇形结构。

冷却水与空气流场的排布方式为逆流排布。

所述氢气流道为蛇形结构。

氢气与空气流场的排布方式为逆流排布。

所述冷却水流道和空气流道的宽度为1mm，深度为1mm，流脊的宽度为1mm。

所述冷却水流道和空气流道均有14处转弯区域。

所述转弯区域均为直角。

所述氢气流道、空气流道和冷却水流道的进口与出口均只有一个，且分别位于燃料电池电堆的两侧。

质子膜燃料电池流场的布局为50mm*49cm的矩形。

质子膜燃料电池电堆由5片单电池组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与其他流场排布方式相比，例如冷却水与空气顺流，冷却水与空气交叉流等，在本发明中，冷却水与空气流场逆流排布可以有效地使电堆内部的热量分布更加均匀，降低电堆的最高温度，从而防止过热点的产生，避免了质子交换膜脱水，从而保证电堆高效率、长寿命运行。

附图说明

图1为实施例与对比例1和对比例2的流场排布方式；

图2为实施例与对比例1和对比例2的阴极催化层的平均温度；

图3为实施例与对比例1和对比例2的阴极催化层的最大温差。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以方便相关人员更好的理解该技术方案

对比例1、对比例2

对比例为其他不同的流场排布方式，对比例1为冷却水与空气流场顺流，对比例2为冷却水与空气流场交叉流。对比例1和对比例2作为实施例的比较例，所对应的流场如图1所示。

实施例

实施例是让冷却水与空气流场逆流排布，提高电堆内部热量分布的均匀性。实施例的流场排布如图1所示，空气流场和冷却水流场逆流排布，空气进口与冷却水出口在同一侧，而空气出口与冷却水进口在另一侧。氢气与空气的流场结构一样，但是流动的方向相反，即彼此流场为逆流排布。在相同的试验操作条件下，将实施例与对比例1和对比例2的3种流场排布方式进行了电堆温度分布的比较，试验操作条件如下表1所示。实施例与对比例1和对比例2的结果如图2和图3所示。

表1

从图2中可以看出，电堆内部不同膜电极的温度分布情况均为：电堆中间膜电极温度高，两边温度低。相对于对比例1和对比例2，实施例中每个阴极催化层的平均温度明显更高，但实施例中不同阴极催化层间的平均温度差异更小，即实施例中不同膜电极间的温度分布更加均匀。从图3中可以看出，相比于对比例1和对比例2，在实施例下，电堆内每个膜电极上热量分布更加均匀，因此实施例不仅可以提高温度分布的均匀性，还能有效防止热点的产生，避免了质子交换膜脱水，从而保证电堆高效率、长寿命运行。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。