CN108767288B - 一种变截面树形燃料电池流道结构 - Google Patents
一种变截面树形燃料电池流道结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108767288B CN108767288B CN201810595527.1A CN201810595527A CN108767288B CN 108767288 B CN108767288 B CN 108767288B CN 201810595527 A CN201810595527 A CN 201810595527A CN 108767288 B CN108767288 B CN 108767288B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow channel
- tree
- liquid distribution
- cathode
- variable cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 54
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 abstract description 2
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004581 coalescence Methods 0.000 description 1
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本发明公开了一种变截面树形燃料电池流道结构，包括分别设置在阴极/阳极板上的配液通道和树形流道，配液通道设置在阴极/阳极板的四周，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端分别与树形流道连接，树形流道为变截面流道。本发明一种变截面树形燃料电池流道结构，可进一步降低液体流动阻力，有利于气泡的排出，提高液体传质效率。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，具体涉及一种变截面树形燃料电池流道结构。
背景技术
在野外作战、电子消费品等领域，对便携式燃料电池有较大的需求。在氢能基础设施不完善的当前阶段，氢源的供应限制了氢燃料电池的应用推广。由于甲醇的便于携带和更换，使得直接甲醇燃料电池相比氢燃料电池，具有较大的优势。
在直接甲醇燃料电池的阳极，流道内的甲醇水溶液通过扩散层的小孔到达催化层，生成氢离子、电子和二氧化碳气体。二氧化碳气体将会在扩散层的小孔处生成气泡，其动态生长行为可用图1表示。由图可见，伴随着气泡的生长，其尺寸随之增大，增大到一定程度后，相邻扩散孔处生成的气泡将发生聚集和合并，变为较大的气泡柱，气泡柱进一步合并变为更大的气泡柱，最终，气泡将占据阳极流道的大部分空间，阻碍甲醇的流动和扩散传质，降低燃料电池的效率。因此，阳极气体管理是制约直接甲醇燃料电池效率的一个瓶颈。通过改变流道结构，降低流道截面的含气率，以便于二氧化碳气体排出，是解决这一问题的方法之一。
如上所述，伴随着气泡的聚集和合并，气泡将转变为气泡柱，气泡柱合并为更大的气泡柱，因此越靠近流道出口，气泡柱的尺寸越大。现有技术多为等截面流道结构，如蛇形、螺旋形和平行流道等，越靠近流道出口，截面的含气率越高，液体流动阻力越大，扩散传质效率越低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种变截面树形燃料电池流道结构，可进一步降低流动阻力，利于气泡的排出。
本发明采用以下技术方案：
一种变截面树形燃料电池流道结构，包括分别设置在阴极/阳极板上的配液通道和树形流道，配液通道设置在阴极/阳极板的四周，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端与树形流道连接，树形流道为变截面流道。
具体的，树形流道包括干路和多个支路，干路的顶部与入口连接，底部与出口连接，每个支路的一端与配液通道连接，另一端与干路连接，液体经配液通道配送至树形流道的若干支路，未参与反应的液体汇入干路后排出。
进一步的，支路和干路均为变截面流道，靠近出口处的流道截面积大于进口处的流道截面积。
优选的，支路至少包括四条，交错对称设置在干路的两侧。
进一步的，干路与阴极/阳极板底部成α1角设置，配液通道设置在阴极/阳极板的顶部和一侧。
优选的，α1角为0～90°。
进一步的，干路与阴极/阳极板底部垂直设置，配液通道设置在阴极/阳极板的顶部和左右两侧。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种变截面树形燃料电池流道结构，配液通道设置在阴极/阳极板的四周，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端分别与树形流道连接，树形流道为变截面流道，一端与阴极/阳极板上的入口连接，另一端与阴极/阳极板上的出口连接，越靠近出口，流道截面积越大，越有利于气泡的排出。
进一步的，树形流道包括干路和多个支路，液体经配液通道配送至树形流道的若干支路，未参与反应的液体汇入干路后排出，相比蛇形流道等传统流道结构，该结构的流道沿程阻力损失较小。
进一步的，支路和干路靠近出口处的流道截面积大于进口处的流道截面积，更有利于聚并后的气泡或气泡柱排出，降低截面含气率。
进一步的，支路至少包括两条，交错设置在干路的两侧，有利于提高液体传质效率。
综上所述，本发明一种变截面树形燃料电池流道结构，可进一步降低液体流动阻力，有利于气泡的排出，提高液体传质效率。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为气泡的动态变化过程示意图；
图2为变截面树形燃料电池流道结构的实施例一示意图；
图3为变截面树形燃料电池流道结构实施例一的结构尺寸示意图；
图4为变截面树形燃料电池流道结构的实施例二示意图。
其中：1.配液通道；2.干路；3.第一支路；4.第二支路；5.第三支路；6.第n支路；7.阴极/阳极板。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明提供了一种变截面树形燃料电池流道结构，液体经配液通道配送至树形流道各支路，未参与反应的液体汇入干路后排出；支路和干路为变截面流道，越靠近出口，流道的截面积越大。本发明通过设置变截面的树形流道结构，相比等截面流道结构，截面含气率和液体的流动阻力大为降低。
本发明一种变截面树形燃料电池流道结构，包括分别设置在阴极/阳极板7上的配液通道1和树形流道，配液通道1设置在阴极/阳极板7的四周，树形流道的一端与设置在阴极/阳极板7上的入口连接，另一端与阴极/阳极板7的出口连接。
树形流道包括干路2和若干支路，干路2的顶部与入口连接，底部与出口连接，每个支路的一端与配液通道1连接，另一端与干路2连接，液体经配液通道配送至树形流道各支路，未参与反应的液体汇入干路2后排出。
支路和干路2为变截面流道，越靠近出口，流道的截面积越大。
干路2与阴极/阳极板7底部成α1角，α1角为0～90°。
本发明流道结构越靠近出口，流道的截面积越大，相比等截面流道结构，截面含气率和液体的流动阻力大为降低。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，截面树形燃料电池流道结构的实施例一，包括配液通道和树形流道；树形流道包括干路和若干支路；液体经配液通道配送至树形流道各支路，未参与反应的液体汇入干路后排出；越靠近出口，流道的截面积越大，越有利于降低流动阻力。
请参阅图2，阳极/阴极板7的长度和宽度分别为a、b，顶端配液通道1两端的尺寸分别为La1、La2，右侧配液通道1两端的尺寸分别为Lb1、Lb2，干路2与底部的夹角为α1，支路侧壁与其流道中心线的夹角为α2，上半部各支路中心线间距分别为a1、a2、a3…αn+1，右半部各支路中心线间距分别为b1、b2、b3…bn+1，上半部各支路入口尺寸分别为Ia1、Ia2…Ian,右半部各支路入口尺寸分别为Ib1、Ib2…Ibn。
请参阅图4所示，不同于本发明实施例一的是，树形结构支路分为左右两部分，配液通道1由顶部入口处分别配送至左右两侧的支路中。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种变截面树形燃料电池流道结构，其特征在于，包括分别设置在阴极/阳极板(7)上的配液通道(1)和树形流道，配液通道(1)设置在阴极/阳极板(7)的四周，一端与阴极/阳极板(7)上的入口连接，另一端与树形流道连接，树形流道为变截面流道，包括一条干路(2)和多条支路，支路和干路(2)均为变截面流道，且靠近出口处的流道截面积大于进口处的流道截面积，干路(2)的顶部与入口连接，底部与出口连接，每条支路的一端与配液通道(1)连接，另一端与干路(2)连接，液体经配液通道配送至树形流道的若干支路，未参与反应的液体汇入干路(2)后排出，干路(2)与阴极/阳极板(7)底部成α1角，配液通道(1)设置在阴极/阳极板(7)的顶部和一侧，α1角为0～90°。
2.根据权利要求1所述的一种变截面树形燃料电池流道结构，其特征在于，支路至少包括四条，交错对称设置在干路(2)的两侧。
3.根据权利要求1所述的一种变截面树形燃料电池流道结构，其特征在于，干路(2)与阴极/阳极板(7)底部垂直设置，配液通道(1)设置在阴极/阳极板(7)的顶部和左右两侧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810595527.1A CN108767288B (zh) | 2018-06-11 | 2018-06-11 | 一种变截面树形燃料电池流道结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810595527.1A CN108767288B (zh) | 2018-06-11 | 2018-06-11 | 一种变截面树形燃料电池流道结构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108767288A CN108767288A (zh) | 2018-11-06 |
| CN108767288B true CN108767288B (zh) | 2020-11-10 |
Family
ID=64020923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810595527.1A Active CN108767288B (zh) | 2018-06-11 | 2018-06-11 | 一种变截面树形燃料电池流道结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108767288B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109830704B (zh) * | 2019-02-01 | 2020-12-25 | 广东电科院能源技术有限责任公司 | 基于树状流道结构的氢燃料电池双极板 |
| CN111063912B (zh) * | 2019-11-14 | 2021-05-25 | 西安交通大学 | 一种叶脉仿生压渗型三合一双极板及其工作方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101114720A (zh) * | 2006-07-28 | 2008-01-30 | 元智大学 | 具有微传感器的燃料电池 |
| CN100449836C (zh) * | 2007-03-13 | 2009-01-07 | 北京科技大学 | 一种质子交换膜燃料电池混合型逐变流场板 |
| CN101304094B (zh) * | 2007-05-09 | 2010-09-29 | 富准精密工业(深圳)有限公司 | 燃料电池极板及使用该极板的燃料电池 |
| CN101459246B (zh) * | 2008-12-18 | 2012-02-01 | 浙江工业大学 | 叶脉形燃料电池流场板 |
| CN101800317A (zh) * | 2010-04-09 | 2010-08-11 | 新源动力股份有限公司 | 一种带有气体流场的质子交换膜燃料电池双极板 |
| CN102623730B (zh) * | 2012-04-20 | 2014-04-16 | 上海电机学院 | 一种变流道低温低压长方形燃料电池 |
| CN105336967B (zh) * | 2015-11-24 | 2019-02-05 | 上海空间电源研究所 | 一种燃料电池双极板结构 |
-
2018
- 2018-06-11 CN CN201810595527.1A patent/CN108767288B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108767288A (zh) | 2018-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101944618B (zh) | 一种树状结构流场的质子交换膜燃料电池双极板 | |
| CN108767288B (zh) | 一种变截面树形燃料电池流道结构 | |
| CN111356343B (zh) | 一种冷却液分配装置及液冷机柜 | |
| CN101728553A (zh) | 燃料电池 | |
| US20100297535A1 (en) | Novel design of fuel cell bipolar for optimal uniform delivery of reactant gases and efficient water removal | |
| CN104821407B (zh) | 叶脉状燃料电池流场结构、燃料电池双极板及燃料电池 | |
| CN104037426A (zh) | 一种树状渐缩结构流场的质子交换膜燃料电池双极板 | |
| AU781931B2 (en) | Internal fuel staging for improved fuel cell performance | |
| JP2015207549A (ja) | 分離板およびこれを含む燃料電池 | |
| US20120164559A1 (en) | Fuel cell and flow field plate for fluid distribution | |
| CN113299941A (zh) | 一种平行四边形组合挡板质子交换膜燃料电池双极板 | |
| CN108155400A (zh) | 燃料电池双极板冷却流场结构 | |
| CN114204066A (zh) | 一种渐缩式平行蛇形流道结构及质子交换膜燃料电池 | |
| CN104143645A (zh) | 一种质子交换膜燃料电池流道 | |
| CN114267848B (zh) | 一种仿生多级分叉流场的燃料电池双极板及其实现方法 | |
| Chen et al. | Development of flow field plates based on asymmetric leaf structure for PEM fuel cells | |
| CN114388837A (zh) | 基于翼形导流的燃料电池流道结构 | |
| CN106887624B (zh) | 燃料电池 | |
| CN102918695A (zh) | 燃料电池的运转方法及燃料电池系统 | |
| CN101304094B (zh) | 燃料电池极板及使用该极板的燃料电池 | |
| US8623568B2 (en) | Fuel cell and flow field plate with flow guides | |
| CN208173712U (zh) | 一种燃料电池双极板冷却流场结构 | |
| CN217114451U (zh) | 一种极板及燃料电池 | |
| CN116666696A (zh) | 一种燃料电池双极板流道设计方法，板流道及电池 | |
| CN113140746A (zh) | 一种梭子鱼仿生燃料电池双极板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230118 Address after: 710076 Room 10404, Floor 4, Building A, Xi'an National Digital Publishing Base, No. 996, Tiangu 7th Road, Yuhua Street Office, High-tech Zone, Xi'an City, Shaanxi Province Patentee after: Shaanxi Weiner Digital Technology Co.,Ltd. Address before: Beilin District Xianning West Road 710049, Shaanxi city of Xi'an province No. 28 Patentee before: XI'AN JIAOTONG University |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A Variable Cross Section Tree shaped Fuel Cell Flow Channel Structure Effective date of registration: 20231214 Granted publication date: 20201110 Pledgee: Xi'an innovation financing Company limited by guarantee Pledgor: Shaanxi Weiner Digital Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980071714 |