配流装置及包括其的燃料电池的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种配流装置及包括其的燃料电池。


背景技术：

2.燃料电池是通过甲醇或氢等燃料在膜电极组件的催化剂层与氧化气体发生电化学反应，获得电能的发电装置。在燃料电池工作期间，需要不断的向膜电极组件提供燃料流体。燃料流体包括但不限于气态的氢气，或者液态的甲醇或者甲醇溶液等燃料组成的流体、氧化气体(可以是空气、纯氧等)和冷却介质(可以是气体也可以是液体)。
3.随着技术的发展，燃料电池已经逐步进入重型商用车、船舶及储能等领域，并展现出了巨大的市场潜力，故对大功率燃料电池电堆提出了更迫切的要求。在现有技术中，(兆瓦级)大功率单堆对气体及冷却流体(燃料流体)等的均一性分配提出了极高的要求，现有的配流装置并不能很好地实现大功率单堆内气体与冷却流体等的均一分配。
4.因此，希望能有一种新的配流装置及包括其的燃料电池，能够解决上述问题。


技术实现要素：

5.鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种配流装置及包括其的燃料电池，特别是一种兆瓦级燃料电池单堆模块化分段配流装置，从而满足大功率燃料电池对燃料流体的均一性要求。
6.根据本实用新型的一方面，提供一种配流装置，包括：至少一个第一配流模块，所述第一配流模块上设置有第一通道，第一流体流经所述第一通道以实现配流；至少一个第二配流模块，所述第二配流模块上设置有第二通道，第二流体流经所述第二通道以实现配流；以及至少一个第三配流模块，其中，所述第三配流模块包括：第一配流单元，所述第一配流单元上设置有第一子通道，所述第一流体流经所述第一子通道以实现配流；以及第二配流单元，所述第二配流单元上设置有第二子通道，所述第二流体流经所述第二子通道以实现配流。
7.可选地，所述第一配流模块包括第一配流主体，所述第一通道为贯穿所述第一配流主体的通孔；所述第二配流模块包括第二配流主体，所述第二通道为贯穿所述第二配流主体的通孔；所述第三配流模块包括第三配流主体，所述第一子通道为贯穿所述第三配流主体的通孔，所述第二子通道为贯穿所述第三配流主体的通孔；所述第三配流主体上的所述第一子通道和所述第二子通道互不连通；所述第一通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种；所述第二通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种；所述第一子通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种；所述第二子通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种。
8.可选地，所述第一流体包括选自氧化气体、燃料气体和冷却流体中的至少一种；所述第一通道用于所述第一流体的流入和/或流出，所述第一子通道用于所述第一流体的流
入和/或流出；所述第二流体包括选自氧化气体、燃料气体和冷却流体中的至少一种；所述第二通道用于所述第二流体的流入和/或流出，所述第二子通道用于所述第二流体的流入和/或流出。
9.可选地，所述配流装置包括多个第三配流模块，所述多个第三配流模块阵列排布；所述第一配流模块和所述第二配流模块相对设置，所述第一配流模块位于所述多个第三配流模块的一侧，所述第二配流模块位于所述多个第三配流模块的另一侧。
10.可选地，所述第一流体包括氧化气体；所述第一通道和所述第一子通道与氧化气体源相连通以接收所述氧化气体的流入；所述第二流体包括所述氧化气体、燃料气体和冷却流体；所述第二通道和所述第二子通道分别包括：氧化气体输出通道，所述氧化气体经所述氧化气体输出通道流出；燃料气体输入通道，与燃料气体源相连通以接收所述燃料气体的流入；燃料气体输出通道，所述燃料气体经所述燃料气体输出通道流出；冷却流体输入通道，与冷却流体源相连通以接收所述冷却流体的流入；冷却流体输出通道，所述冷却流体经所述冷却流体输出通道流出。
11.可选地，所述第三配流模块包括：第三配流主体；以及隔板，与所述第三配流主体相连接以间隔所述第一子通道和所述第二子通道。
12.可选地，所述第一通道和所述第二通道的内表面上分别设置有绝缘层。
13.可选地，所述第一子通道和所述第二子通道的内表面上分别设置有绝缘层。
14.可选地，所述配流装置与电堆模块相连接以向所述电堆模块提供所述第一流体和/或所述第二流体；所述第三配流模块上还设置有导电层，所述导电层用于所述电堆模块的电导通。
15.根据本实用新型的另一方面，提供一种燃料电池，包括：电堆模块；以及如前所述的配流装置，所述配流装置与所述电堆模块相连接以向所述电堆模块提供所述第一流体和/或所述第二流体。
16.根据本实用新型实施例的配流装置及包括其的燃料电池，采用单元化(第一配流单元和第二配流单元)与模块化(第一至第三配流模块)双拓展型配置，能够确保大功率单堆气体及冷却流体的分配一致性。
17.进一步地，第一配流模块和第二配流模块分别位于第三配流模块的两侧，整个配流装置结构紧凑，占用空间小。
附图说明
18.通过以下参照附图对本实用新型实施例的描述，本实用新型的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
19.图1示出了根据本实用新型实施例的配流装置的结构示意图。
20.图2示出了根据本实用新型实施例的第三配流模块的结构示意图。
21.图3示出了根据本实用新型实施例的第一配流模块的截面示意图。
22.图4示出了根据本实用新型实施例的第二配流模块的截面示意图。
具体实施方式
23.以下将参照附图更详细地描述本实用新型的各种实施例。在各个附图中，相同的
元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。
24.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。在下文中描述了本实用新型的许多特定的细节，例如部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本实用新型。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本实用新型。
25.应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
26.根据本实用新型的一方面，提供一种配流装置。该配流装置包括至少一个第一配流模块、至少一个第二配流模块和至少一个第三配流模块。
27.具体地讲，第一配流模块上设置有第一通道。第一流体流经第一通道以实现配流。
28.第二配流模块上设置有第二通道。第二流体流经第二通道以实现配流。
29.第三配流模块包括第一配流单元和第二配流单元。第一配流单元上设置有第一子通道，第一流体流经第一子通道以实现配流。第二配流单元上设置有第二子通道，第二流体流经第二子通道以实现配流。可选地，第三配流模块包括至少一个第一配流单元和至少一个第二配流单元。可选地，第一配流模块、第二配流模块和第三配流模块分别一体成型。
30.可选地，配流装置包括多个第三配流模块，多个第三配流模块(呈)阵列排布，多个第三配流模块例如相互连接，形成一个整体的第三配流模块组。第一配流模块和第二配流模块相对设置，第一配流模块位于多个第三配流模块(组)的一侧，第二配流模块位于多个第三配流模块(组)的另一侧。可选地，根据实际需求(例如功率需求)确定需要配置的第三配流模块的数量。可选地，根据实际需求(例如功率需求)确定需要配置的第一配流模块和/或第二配流模块的数量。
31.可选地，第一配流单元与第一配流模块的配置相同，用于相同流体的输入输出；第二配流单元与第二配流模块的配置相同，用于相同流体的输入输出。第一配流模块与第二配流单元组成一套配流结构；第二配流模块与第一配流单元组成另一套配流结构。可选地，第一流体/第二流体通过主输入管道分配至第一至第三配流模块相应的输入孔道，第一至第三配流模块输出的流体再汇流至相应流体主输出管道。
32.本公开提供的配流装置，包括单元化与模块化双拓展型配流结构，能够实现大功率单堆分段配流，解决了大功率(兆瓦级)单堆气体与冷却流体的均一分配问题。进一步地，可以根据实际需求确定第三配流模块的数量，具有很强的适用性。
33.图1示出了根据本实用新型实施例的配流装置的结构示意图。图2示出了根据本实用新型实施例的第三配流模块的结构示意图。图3示出了根据本实用新型实施例的第一配流模块的截面示意图。图4示出了根据本实用新型实施例的第二配流模块的截面示意图。
34.在本实用新型的可选实施例中，第一流体包括选自氧化气体、燃料气体和冷却流体等中的至少一种。第一通道用于第一流体的流入和/或流出，第一子通道用于第一流体的流入和/或流出。可选地，在第一流体为多种时，第一通道/第一子通道包括多个子孔道以分别用于不同流体的输入/输出。可选地，第一通道/第一子通道包括两个子孔道以分别用于
同一种第一流体的输入和输出。
35.可选地，第二流体包括选自氧化气体、燃料气体和冷却流体等中的至少一种。第二通道用于第二流体的流入和/或流出，第二子通道用于第二流体的流入和/或流出。可选地，在第二流体为多种时，第二通道/第二子通道包括多个子孔道以分别用于不同流体的输入/输出。可选地，第二通道/第二子通道包括两个子孔道以分别用于同一种第二流体的输入和输出。
36.参照图1至图4所示，根据本实用新型实施例的配流装置包括第一配流模块100、第二配流模块200和第三配流模块300。其中，第三配流模块300包括第一配流单元310和第二配流单元320。第一至第三配流模块上设置有氧化气体分配孔(氧化气体输入通道401、氧化气体输出通道402)、燃料气体分配孔(燃料气体输入通道403、燃料气体输出通道404)和冷却流体分配孔(冷却流体输入通道405和冷却流体输出通道406)中的至少一种。
37.整堆(配流装置)例如采用竖直放置方式(参照图1)，也可以采用水平放置等形式。在具体实施例中，根据功率需求，电堆两端配置第一配流模块100和第二配流模块200各一块，中间配置一个第三配流模块300。
38.结合图1和图3所示，第一配流模块100包括左右两个部分，每个部分上设置有一个氧化气体输入通道401(氧化气体分配孔)，通过贯穿通道(孔)向下输入氧化气体。
39.结合图1和图2所示，第三配流模块300包括左右两个部分，左右两个部分分别包括第一配流单元310和第二配流单元320。第一配流单元310配置有氧化气体输出通道402、燃料气体输入通道403、燃料气体输出通道404、冷却流体输入通道405和冷却流体输出通道406，通过贯穿通道(孔)向上输入流体。第二配流单元320与第一配流模块100等同配置，其上设置有一个氧化气体输入通道401，通过贯穿通道(孔)向下输入氧化气体。
40.结合图1和图4所示，第二配流模块200与第一配流单元310等同配置有氧化气体输出通道402、燃料气体输入通道403、燃料气体输出通道404、冷却流体输入通道405和冷却流体输出通道406，通过贯穿通道(孔)向上输入流体。
41.在本技术的上述实施例中，第一配流模块100和第二配流单元320对于流经的相同流体是并联设置。第二配流模块200和第一配流单元310对于流经的相同流体是并联设置。
42.在本实用新型的具体实施例中，第一配流模块100包括第一配流主体101。第一通道为贯穿第一配流主体101的通孔。第一通道例如包括氧化气体输入通道401、氧化气体输出通道402、燃料气体输入通道403、燃料气体输出通道404、冷却流体输入通道405和冷却流体输出通道406中的至少一种。第一通道例如包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔等中的至少一种。
43.第二配流模块200包括第二配流主体201。第二通道为贯穿第二配流主体的通孔。第二通道例如包括氧化气体输入通道401、氧化气体输出通道402、燃料气体输入通道403、燃料气体输出通道404、冷却流体输入通道405和冷却流体输出通道406中的至少一种。第二通道例如包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔等中的至少一种。
44.第三配流模块300包括第三配流主体301。第一子通道为贯穿第三配流主体301的通孔，第二子通道为贯穿第三配流主体301的通孔。第三配流主体301上的第一子通道和第二子通道互不连通。第一子通道/第二子通道例如包括氧化气体输入通道401、氧化气体输出通道402、燃料气体输入通道403、燃料气体输出通道404、冷却流体输入通道405和冷却流
体输出通道406中的至少一种。第一子通道/第二子通道例如包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔等中的至少一种
45.在一个具体实施例中，第一流体包括氧化气体。第一通道和第一子通道与氧化气体源相连通以接收氧化气体的流入。第二流体包括氧化气体、燃料气体和冷却流体。第二通道和第二子通道分别包括氧化气体输出通道402，氧化气体经氧化气体输出通道402流出；燃料气体输入通道403，与燃料气体源相连通以接收燃料气体的流入；燃料气体输出通道404，燃料气体经燃料气体输出通道404流出；冷却流体输入通道405，与冷却流体源相连通以接收冷却流体的流入；冷却流体输出通道406，冷却流体经冷却流体输出通道406流出。
46.可选地，第三配流模块300包括第三配流主体301和隔板302。隔板302与第三配流主体301相连接以间隔第一子通道和第二子通道。
47.在本实用新型的可选实施例中，第一通道和第二通道的内表面上分别设置有绝缘层。第一子通道和第二子通道的内表面上分别设置有绝缘层。具体地，第一配流模块100和/或第二配流模块200可采用铝、钢、钛板、环氧树脂、聚氯乙烯、胶木板、peek或pps中的一种或几种材料加工而成，与流体直接接触到的孔道优先采用环氧树脂、peek或pps等绝缘材质，保证整堆绝缘。第三配流模块300上与流体直接接触到的孔道优先采用环氧树脂、peek或pps等绝缘材质。
48.在本实用新型的可选实施例中，配流装置与电堆模块相连接以向该电堆模块提供第一流体和/或第二流体。第三配流模块300上还设置有导电层，该导电层用于电堆模块的电导通。具体地，第三配流模块300采用铝、钢、银、铜等导电率大的金属板材制作而成以减小电阻，保证整堆电导通。
49.可选地，第三配流模块300的一侧设置有第一配流模块100。第三配流模块300和第一配流模块100之间设置有绝缘板501。第二配流模块200与第一配流模块100相对设置，位于第三配流模块的另一侧。第一配流模块100、第二配流模块200和第三配流模块300通过连接件固定连接，连接件例如为图1所示的多个螺杆式扣板502，或是其他的连接装置。
50.根据本实用新型实施例的配流装置在使用时，燃料气体和冷却流体通过主输入管道分配至第二配流模块200和第三配流模块300的燃料气体和冷却流体输入孔，氧化气体通过主输入管道分配至第一配流模块100和第三配流模块300的氧化气体输入孔。第二配流模块200和第三配流模块300输出的氧化气体汇流至氧化气体主输出管道输送出去；第二配流模块200和第三配流模块300输出的燃料气体和冷却流体汇流至相应的燃料气体和冷却流体主输出管道输送出去。
51.在本实用新型实施例所述的配流装置中，通过单元化与模块化双拓展型分段配流模块，可减小大功率单堆的流体分配一致性的难度，保证大功率兆瓦级单堆气体及冷却流体分配一致性，从而保证兆瓦级单堆的电压性能及散热性能的整体一致性与稳定性，提高兆瓦级单堆的可靠性及寿命。
52.根据本实用新型的另一方面，提供一种燃料电池。该燃料电池包括电堆模块以及如上所述的配流装置。配流装置与电堆模块相连接以向电堆模块提供第一流体和/或第二流体。
53.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存
在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
54.依照本实用新型的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本实用新型以及在本实用新型基础上的修改使用。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

技术特征：
1.一种配流装置，其特征在于，包括：至少一个第一配流模块，所述第一配流模块上设置有第一通道，第一流体流经所述第一通道以实现配流；至少一个第二配流模块，所述第二配流模块上设置有第二通道，第二流体流经所述第二通道以实现配流；以及至少一个第三配流模块，其中，所述第三配流模块包括：第一配流单元，所述第一配流单元上设置有第一子通道，所述第一流体流经所述第一子通道以实现配流；以及第二配流单元，所述第二配流单元上设置有第二子通道，所述第二流体流经所述第二子通道以实现配流。2.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述第一配流模块包括第一配流主体，所述第一通道为贯穿所述第一配流主体的通孔；所述第二配流模块包括第二配流主体，所述第二通道为贯穿所述第二配流主体的通孔；所述第三配流模块包括第三配流主体，所述第一子通道为贯穿所述第三配流主体的通孔，所述第二子通道为贯穿所述第三配流主体的通孔；所述第三配流主体上的所述第一子通道和所述第二子通道互不连通；所述第一通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种；所述第二通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种；所述第一子通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种；所述第二子通道包括选自圆形通孔、方形通孔和异形通孔中的至少一种。3.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述第一流体包括选自氧化气体、燃料气体和冷却流体中的至少一种；所述第一通道用于所述第一流体的流入和/或流出，所述第一子通道用于所述第一流体的流入和/或流出；所述第二流体包括选自氧化气体、燃料气体和冷却流体中的至少一种；所述第二通道用于所述第二流体的流入和/或流出，所述第二子通道用于所述第二流体的流入和/或流出。4.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述配流装置包括多个第三配流模块，所述多个第三配流模块阵列排布；所述第一配流模块和所述第二配流模块相对设置，所述第一配流模块位于所述多个第三配流模块的一侧，所述第二配流模块位于所述多个第三配流模块的另一侧。5.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述第一流体包括氧化气体；所述第一通道和所述第一子通道与氧化气体源相连通以接收所述氧化气体的流入；所述第二流体包括所述氧化气体、燃料气体和冷却流体；所述第二通道和所述第二子通道分别包括：氧化气体输出通道，所述氧化气体经所述氧化气体输出通道流出；燃料气体输入通道，与燃料气体源相连通以接收所述燃料气体的流入；燃料气体输出通道，所述燃料气体经所述燃料气体输出通道流出；
冷却流体输入通道，与冷却流体源相连通以接收所述冷却流体的流入；冷却流体输出通道，所述冷却流体经所述冷却流体输出通道流出。6.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述第三配流模块包括：第三配流主体；以及隔板，与所述第三配流主体相连接以间隔所述第一子通道和所述第二子通道。7.根据权利要求1所述配流装置，其中，所述第一通道和所述第二通道的内表面上分别设置有绝缘层。8.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述第一子通道和所述第二子通道的内表面上分别设置有绝缘层。9.根据权利要求1所述的配流装置，其中，所述配流装置与电堆模块相连接以向所述电堆模块提供所述第一流体和/或所述第二流体；所述第三配流模块上还设置有导电层，所述导电层用于所述电堆模块的电导通。10.一种燃料电池，其特征在于，包括：电堆模块；以及如权利要求1-9中任一项所述的配流装置，所述配流装置与所述电堆模块相连接以向所述电堆模块提供所述第一流体和/或所述第二流体。

技术总结
本实用新型公开了一种配流装置及包括其的燃料电池。根据本实用新型实施例的配流装置包括至少一个第一配流模块，第一配流模块上设置有第一通道，第一流体流经所述第一通道以实现配流；至少一个第二配流模块，第二配流模块上设置有第二通道，第二流体流经所述第二通道以实现配流；以及至少一个第三配流模块，其中，所述第三配流模块包括：第一配流单元，所述第一配流单元上设置有第一子通道，所述第一流体流经所述第一子通道以实现配流；以及第二配流单元，所述第二配流单元上设置有第二子通道，所述第二流体流经所述第二子通道以实现配流。根据本实用新型实施例的配流装置及包括其的燃料电池，能够满足大功率燃料电池对燃料流体的均一性要求。的均一性要求。的均一性要求。


技术研发人员：方谋 孙敏敏 王志辉
受保护的技术使用者：北京朔景新能源科技有限公司
技术研发日：2023.02.27
技术公布日：2023/8/8