一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道制造技术

本发明专利技术提供了一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，所述冷却通道的内表面设有绝缘防腐耐磨涂层；所述冷却通道内的冷却剂为含有微米和纳米颗粒的复合流体冷却剂，所述冷却通道内壁面的上下表面设有若干变径节流结构，通过产生涡流，用于加剧颗粒与通道内表面和/或微米颗粒与纳米颗粒之间的接触碰撞。本发明专利技术可进一步加快质子交换膜燃料电池冷却剂的传热效果，通过在通道的内表面制备绝缘涂层，可以解决微/纳米流体冷却剂因导电性过高而造成电池电流损失的问题。电池电流损失的问题。电池电流损失的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道


[0001]本专利技术涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道。

技术介绍

[0002]燃料电池汽车作为新能源汽车中的一种，其能将储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能，具有能量转化效率高、启动快、零排放等典型优势，是新能源汽车发展的重要方向，近年来，受到了国内外的广泛关注。当前阶段，车用燃料电池主要是质子交换膜燃料电池。
[0003]现阶段，燃料电池汽车正朝着高电流密度、高功率密度的趋势发展，功率密度的提升意味着内部“气
‑
水
‑
热
‑
电”的传递需得到全面加快。同时，燃料电池反应的生成为仅为水和热，如果不能及时散热，电池的温度会升高，就有可能发生膜脱水和降解等现象，降低电池效率。因此，燃料电池内部的散热需得到加快。
[0004]现阶段，质子交换膜燃料电池的冷却剂主要为水、水乙二醇混合液为主，其散热效果有限，难以满足未来燃料电池高功率密度的发展趋势。因此，选用导热系数更高的替代冷却剂就显得尤为重要。近年来，有提出用纳米流体冷却剂，其有效导热系数更高，传热效果更佳。但是纳米流体易出现纳米颗粒团聚和沉积等不良现象，从而降低传热效率。其次，相比于基液冷却剂，微/纳米颗粒的加入会导致冷却剂的导电性提高，用于燃料电池冷却时，会造成电流损失较大，从而降低电池性能。因此，纳米流体冷却剂并未得到广泛应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，可进一步加快质子交换膜燃料电池冷却剂的传热效果，通过在通道的内表面制备绝缘涂层，可以解决微/纳米流体冷却剂因导电性过高而造成电池电流损失的问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，所述冷却通道的内表面设有绝缘防腐耐磨涂层；所述冷却通道内的冷却剂为含有微米和纳米颗粒的复合流体冷却剂，所述冷却通道内壁面的上下表面设有若干变径节流结构，通过产生涡流，用于加剧颗粒与通道内表面和/或微米颗粒与纳米颗粒之间的接触碰撞。
[0008]进一步，所述变径节流结构为半椭球形凸起结构或半菱形突起结构或梯形凸起结构，且所述冷却通道内壁面的上表面的变径节流结构与下表面的变径节流结构一一对应。
[0009]进一步，所述变径节流结构沿冷却剂流动方向线性分布于通道上下表面，相邻变径节流结构之间的间距为2
‑
8mm，单侧凸起高度为0.1
‑
1mm；变径节流结构凸起高度为0.1
‑
1mm。
[0010]进一步，所述冷却通道沿冷却剂流动方向分为渐扩段和渐缩段，在渐扩段内的变径节流结构的凸起高度随着冷却通道横截面的增加而增加，在渐缩段内的变径节流结构的
凸起高度随着冷却通道横截面的减小而减小。
[0011]进一步，所述渐扩段和渐缩段之间设有过渡段，所述过渡段的冷却通道横截面保持不变，所述过渡段内的变径节流结构的凸起高度保持不变；所述过渡段位于冷却通道的中间位置。
[0012]进一步，所述微/纳米颗粒为Al2O3或SiO2或TiO2或ZnO中的一种或二种组合，所述冷却剂的基液为水或水/乙二醇的混合液。
[0013]进一步，所述微米颗粒的粒径范围为5
‑
100μm，所述纳米颗粒的粒径范围为30
‑
500nm，所述微/纳米颗粒的体积浓度为0
‑
5％。
[0014]进一步，所述绝缘防腐耐磨涂层的厚度随变径节流结构的凸起高度的变化而变化。
[0015]进一步，所述绝缘防腐耐磨涂层材料为AI2O3‑
Cr2O3复合氧化物涂层。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]1.本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，通过含有微米和纳米颗粒的复合流体冷却剂，粒径更大的微米颗粒与团聚的纳米颗粒撞击能够使其分散，从而提高纳米冷却剂的稳定性，提高传热效率。
[0018]2.本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，通过冷却通道上下表面设有变径节流结构，该结构角落处易形成涡流，从而加剧通道内的紊流。紊流的加剧一方面能够强化微/纳米流体冷却剂的传热效率，且能够促进颗粒与通道表面和微米颗粒与纳米颗粒之间的接触碰撞，进一步提高传热效率；另一方面会将团聚或沉积在通道底面或节流结构角落的纳米颗粒分散开，进一步提高微/米流体冷却剂的稳定性。
[0019]3.本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，通过在通道的内表面制备绝缘涂层，可以从源头上解决微/纳米流体冷却剂因导电性过高而造成电池电流损失的问题，适用于微/纳米流体冷却剂，并且能够大大提高传热效率且不会造成电流损失，从而提高燃料电池性能。
[0020]4.本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，通过在通道的内表面制备绝缘涂层，亦可满足常规燃料电池双极板涂层防腐等功能要求，制备方法和常规燃料电池用涂层类似，不会增加制备成本。
[0021]5.本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，所述冷却通道沿冷却剂流动方向分为渐扩段和渐缩段，在渐扩段内的变径节流结构的凸起高度随着冷却通道横截面的增加而增加，在渐缩段内的变径节流结构的凸起高度随着冷却通道横截面的减小而减小；这样可以保证在进入冷却通道的颗粒充分发发生碰撞，进一步促进颗粒与通道表面和颗粒与颗粒之间的接触碰撞。此外由于燃料电池温度一般也是中间高，四周低，冷却通道沿冷却剂流动方向分为渐扩段和渐缩段，可以在冷却通道中间增加紊流，增加换热效果，从而使接触传热面积增大。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据
这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道的三维示意图。
[0024]图2为本专利技术所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道的正视图。
[0025]图3为本专利技术所述冷却通道上的不同变径节流结构，其中a
‑
半椭球形结构；b
‑
半菱形结构；c
‑
梯形结构。
[0026]图4为本专利技术所述的微米颗粒撞击团聚纳米颗粒示意图。
[0027]图5为本专利技术所述的冷却通道内形成的涡流。
[0028]图6为水乙二醇冷却剂与本专利技术所述的冷却剂在80℃条件下传热系数对比图。
[0029]图7为常规通道水乙二醇冷却剂和本专利技术实施例1的极化曲线比较图。
[0030]图8为本专利技术实施例2的冷却通道的正视图。
[0031]图中：
[0032]1‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，其特征在于，所述冷却通道的内表面设有绝缘防腐耐磨涂层；所述冷却通道内的冷却剂为含有微米和纳米颗粒的复合流体冷却剂，所述冷却通道内壁面的上下表面设有若干变径节流结构，通过产生涡流，用于加剧颗粒与通道内表面和/或微米颗粒与纳米颗粒之间的接触碰撞。2.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，其特征在于，所述变径节流结构为半椭球形凸起结构或半菱形突起结构或梯形凸起结构，且所述冷却通道内壁面的上表面的变径节流结构与下表面的变径节流结构一一对应。3.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，其特征在于，所述变径节流结构沿冷却剂流动方向线性分布于通道上下表面，相邻变径节流结构之间的间距为2
‑
8mm，单侧凸起高度为0.1
‑
1mm；变径节流结构凸起高度为0.1
‑
1mm。4.根据权利要求1所述的质子交换膜燃料电池冷却剂的冷却通道，其特征在于，所述冷却通道沿冷却剂流动方向分为渐扩段和渐缩段，在渐扩段内的变径节流结构的凸起高度随着冷却通道横截面的增加而增加，在渐缩段内的变径节流结构的凸起高度随着冷却通道横截面的减小而减小。5.根据权利要求4所述的质子交换膜燃料电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，董非，解玄，许晟，尹必峰，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：