[发明专利]一种交叉氢气通道结构的氢燃料电池

说明书

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种交叉氢气通道结构的氢燃料电池，包括空气压缩装置、气泵、氢气存储装置、压力平衡装置、电池反应堆、冷却装置、风冷、水泵、冷却水储存装置，在电池反应堆中氢气流道采用网状结构，网状结构横向延展；氧气流道采用直线结构，直线结构纵向延展，即氢气流道与氧气流道的延展方向相互垂直；氢气流道采用的网状结构由多个交叉单元拼接构成，每个交叉单元由两个交叉的曲线管道形成X结构；本发明中氢气通道按照特定曲线构建的通道设计与其互相垂直的氧气通道的分布方式，可以有效的增加氢燃料电池的工作效率，本发明中冷却通道提高了装置的散热效率。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种交叉氢气通道结构的氢燃料电池。

背景技术

氢燃料电池在原理上相当于水电解的“逆”装置。其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜是作为电解质存在。为了提高发电效率，需要尽可能的提高氢气和氧气的接触效率。为了增加反应效率，现在的燃料电池都会设计多条气体通道。但是氢气与氧气的在反应时产生会产生消耗，而每一条管道中的气体消耗并不能一样，会使燃料电池的不同区域产生的热量不同，对燃料电池造成记得影响。且若存在燃料电池中存在气体在通道中过早的反应完毕，而其他通道还存在大量的气体，也会降低燃料电池的反应效率。所以如何设计氢气和氧气的流道是一个重要的设计点。

氢燃料电池工作方式与蓄电池等常规化学电源不同，它的燃料及氧化剂储存在电池外，当电池工作时，连续向电池内送入燃料及氧化剂，产生电能。因而燃料电池是一种发电装置而非电能的储存装置。由于电池的不可逆性，产生的废热占到转化的化学能的50％甚至更多，所以电池的散热也是十分重要的一个设计点。电池排出的尾气、电池堆的辐射和循环水都可以从电池堆中带走热量。由于排气温度只能在70℃左右，因此通过排气的散热远远不能同传统内燃机在几百度的排气温度下所能达到的效果相比，实际计算表明燃料电池的排气散热只占总散热量的3％～5％左右。对于辐射散热，不管是燃料电池发动机还是内燃机，只占很小一部分，而对于燃料电池发动机而言，辐射散热大约占1％左右。因此，大约有95％的热量需要通过冷却水来带走，而对于发动机而言这个数值只有50％左右，所以燃料电池的散热的主要依靠液冷散热。为了更好的对氢燃料电池进行散热，冷却通道也是十分重要的设计点。

在现有的设计中，在阳极板和阴极板的设计上，有采用弓形通道设计的，但这种设计每条通道太长，还有每一次的直角弯，都会增加通道的阻力。而且无法保证每一条通道中的气体反应效率相同。也有采用菱形结构的通道设计方法，还在通道中加入突起，这种方法可以很好的平衡各个通道之间的压力，增加反应效率。但这种构建方法并不是最优的构建方法。

发明内容

为了提高氢燃料电池的发电效率并解决氢燃料电池工作时散热的问题，本发明提出一种交叉氢气通道结构的氢燃料电池，包括空气压缩装置、气泵、氢气存储装置、压力平衡装置、电池反应堆、冷却装置、风冷、水泵、冷却水储存装置，在电池反应堆中氢气流道采用网状结构，网状结构横向延展；氧气流道采用直线结构，直线结构纵向延展，即氢气流道与氧气流道的延展方向相互垂直。

进一步的，所述氢气流道采用的网状结构由多个交叉单元拼接构成，每个交叉单元由两个交叉的曲线管道形成X结构。

进一步的，以曲线管道两个端点构建矩形方框，曲线管道的中心点的切线的延长线与矩形方框某一边长的交点，该交点与该边长中心点的距离与该交点到曲线管道最近的距离之间的比例为1:0.618。

进一步的，氢燃料电池的冷却通道采用波浪形管道，且该波浪形管道从左到右横穿燃料电池，管道中的冷却液流向与氢气的流向相同。

进一步的，电池反应堆的阳极输出端与第二冷却装置连接，电池反应堆的阴极输出端与第一冷却装置连接。