CN109301279A - 一种渐变z形燃料电池流场板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种渐变Z形燃料电池流场板，该流场板的一侧设有n个平行进料流道(3)，n≥2，每个进料流道(3)又分支出m个垂直流道(7)，m≥2，m个垂直流道(7)连通所述流场板另一侧设置的单一的出料流道(9)，使反应后的流体以较短的路径直接排出。与现有技术相比，本发明流场的设计使其中流体的流程更短、压降更小，确保了流体在流场中的均匀分布和在电极表面的均匀反应，有利于电池性能的改善。同时，本发明一种渐变Z形燃料电池流场板，结构简单、便于加工，有利于大规模商业化应用。

Description

一种渐变Z形燃料电池流场板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种渐变Z形燃料电池流场板。
背景技术
在燃料电池中，流场板是重要的组成部件之一，其主要作用是导入和分配流体，使燃料和氧化剂在电池内部均匀分布，同时将电化学反应的产物及时排出，保持电池高的传质效率和优良的性能。流场板的结构直接影响着流体的分布与流场中反应物浓度的均匀性，从而决定着整个电池的性能。
在流场板的设计中需要考虑的因素主要有：流体的分布、浓度的均匀性、压降的大小、加工的成本等。目前常见的流场板主要有蛇形流场板、直通道流场板、交指形流场板、点状流场板以及网状流场板等。蛇形流场板流道过长，流体在流道中的压降大、流动阻力高。同时，其中的燃料和氧化剂在流动的过程中在电催化剂的作用下逐渐发生反应，浓度会沿流道逐渐降低，导致流场中流体的浓度分布不均；直通道流场板中流体从流场板中的一个角进料，在流速较低的情况下，由于压力低导致流体很难进入离进料口较远的流道，从而使流体在流场中分布不均；交指形流场板中流体分布不均匀、压降较大；点状流场板易短路、电极表面的利用率低，而且反应流体流速较低，不利于电极反应产物液态水的排出；网状流场板流体流动的均匀性较差、流速较低、电阻较大。这些都造成了燃料电池的效率降低和性能下降。因此，设计一种既能保证流体在流场中均匀分布且浓度均匀、压降不至于过大，又能快速将反应产物移出的流场结构对燃料电池性能的改进是必要的。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种渐变Z形燃料电池流场板，可以使流体在流场中均匀分布，同时使各部分浓度分布均匀，反应后的物质以最短的路径快速排出，以保证燃料电池高的输出效率。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，该流场板的一侧设有n个平行进料流道，n≥2，每个进料流道又分支出m个垂直流道，m≥2，m个垂直流道连通所述流场板另一侧设置的单一的出料流道，使反应后的流体以较短的路径直接排出。
所述的n个平行进料流道一端连接进料口，进料口和各进料流道位于所述流场板边缘，形成边缘流道进料。
所述的进料口的宽度不超过流场宽度的1/5。
n个进料流道和m个垂直流道各自均为等间隔分布的平行流道。
所述的进料流道的宽度为0.3-1.5mm、相邻进料流道之间形成的进料流道的脊的宽度为0.2-0.6mm；所述的垂直流道和出料流道的宽度为0.8-2.0mm，相邻垂直流道之间形成的垂直流道的脊的宽度为1.0-2.5mm；流道的深度均为1.0mm。
所述的流场板流道四周设有密封沟槽，将流道包围起来，将密封垫圈放置于密封沟槽内，以确保将固定端板、绝缘板、集流板、流场板、电极组件等堆叠在一起装配成电池后，阳极燃料或阴极氧化剂不会漏出。
所述的流场板的材质采用石墨、不锈钢、钛合金、镍板或铜板。
在进料口相邻侧上边缘设置加热盲孔和测温盲孔。
所述的流场板上还设有安装孔。
所述的流场板对气体或液体燃料和氧化剂均适用。
与现有技术相比，本发明流场板流程短、流体在流道中的压降小；流体通过多个平行流道进入流场，然后各个进料流道又分支成多个垂直流道，保证了流体在流场中各个流道的均匀分布和电极反应在电极表面的均匀进行；反应后的物质以较短的流程快速排出，不易造成流道阻塞。从而使得燃料电池的工作电压和功率密度更高、能量转化效率更高、使用寿命更长。此外，该流场板结构简单，便于加工，降低了制造成本，有利于工业化规模生产和应用。
附图说明
图1为渐变Z形燃料电池流场板的示意图；
其中(1)为安装孔，(2)为进料口，(3)为进料流道，(4)为进料流道的脊，(5)为基板，(6)为密封沟槽，(7)为垂直流道，(8)为垂直流道的脊，(9)为出料流道，(10)出料口。
图2为渐变Z形燃料电池流场板的剖视图；
其中(11)为加热盲孔，(12)为测温盲孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种渐变Z形燃料电池流场板，包括安装孔1、进料口2、进料流道3、进料流道的脊4、基板5、密封沟槽6、垂直流道7、垂直流道的脊8、出料流道9、出料口10、加热盲孔11以及测温盲孔12。流场板的基板5所采用的材质为石墨。流场板的左上方设3个宽度为0.3mm的进料流道3、进料流道的脊4的宽度为0.2mm。每个进料流道3分支出2个宽度为0.8mm的垂直流道7、垂直流道的脊8的宽度为1.0mm，出料流道9的宽度为1.0mm。反应后的流体通过最下方的通道直接流出。流道的深度均为1.0mm，平行流道均为等间隔分布，流体的流程较短，可以在较均匀的浓度下进行反应，不易堵塞。
为保证流场板的密封性，密封沟槽6设置在流场板流道四周，将流道包围起来，将密封垫圈放置于密封沟槽6内进行密封，确保阳极燃料或阴极氧化剂不会漏出。
按照固定端板、绝缘板、阳极集流板、阳极流场板、电极组件、阴极流场板、阴极集流板、绝缘板、固定端板组装在一起构成燃料电池。
实施例2
一种渐变Z形燃料电池流场板，包括安装孔、进料口、进料流道、进料流道的脊、基板、密封沟槽、垂直流道、垂直流道的脊、出料流道、出料口、加热盲孔以及测温盲孔。流场板的基板所采用的材质为石墨。流场板的左上方设2个宽度为1.5mm的进料流道、进料流道的脊的宽度为0.6mm。每个进料流道分支出3个宽度为2.0mm的垂直流道、垂直流道的脊的宽度为2.5mm，出料流道的宽度为2.0mm。反应后的流体通过最下方的通道直接流出。流道的深度均为1.0mm，平行流道均为等间隔分布，流体的流程较短，可以在较均匀的浓度下进行反应，不易堵塞。
为保证流场板的密封性，密封沟槽设置在流场板流道四周，将流道包围起来，将密封垫圈放置于密封沟槽内进行密封，确保阳极燃料或阴极氧化剂不会漏出。
按照固定端板、绝缘板、阳极集流板、阳极流场板、电极组件、阴极流场板、阴极集流板、绝缘板、固定端板组装在一起构成燃料电池。
实施例3
一种渐变Z形燃料电池流场板，包括安装孔、进料口、进料流道、进料流道的脊、基板、密封沟槽、垂直流道、垂直流道的脊、出料流道、出料口、加热盲孔以及测温盲孔。流场板的基板所采用的材质为不锈钢。流场板的左上方设4个宽度为0.5mm的进料流道、进料流道的脊的宽度为0.3mm。每个进料流道分支出3个宽度为1.5mm的垂直流道、垂直流道的脊的宽度为1.8mm，出料流道的宽度为1.0mm。反应后的流体通过最下方的通道直接流出。流道的深度均为1.0mm，平行流道均为等间隔分布，流体的流程较短，可以在较均匀的浓度下进行反应，不易堵塞。
为保证流场板的密封性，密封沟槽设置在流场板流道四周，将流道包围起来，将密封垫圈放置于密封沟槽内进行密封，确保阳极燃料或阴极氧化剂不会漏出。
按照固定端板、绝缘板、阳极集流板、阳极流场板、电极组件、阴极流场板、阴极集流板、绝缘板、固定端板组装在一起构成燃料电池。
实施例4
一种渐变Z形燃料电池流场板，包括安装孔、进料口、进料流道、进料流道的脊、基板、密封沟槽、垂直流道、垂直流道的脊、出料流道、出料口、加热盲孔以及测温盲孔。流场板的基板所采用的材质为不锈钢。流场板的左上方设6个宽度为1.0mm的进料流道、进料流道的脊的宽度为0.4mm。每个进料流道分支出3个宽度为1.5mm的垂直流道、垂直流道的脊的宽度为2.0mm，出料流道的宽度为1.0mm。反应后的流体通过最下方的通道直接流出。流道的深度均为1.0mm，平行流道均为等间隔分布，流体的流程较短，可以在较均匀的浓度下进行反应，不易堵塞。
为保证流场板的密封性，密封沟槽设置在流场板流道四周，将流道包围起来，将密封垫圈放置于密封沟槽内进行密封，确保阳极燃料或阴极氧化剂不会漏出。
按照固定端板、绝缘板、阳极集流板、阳极流场板、电极组件、阴极流场板、阴极集流板、绝缘板、固定端板组装在一起构成燃料电池。
以上实施例仅用于说明本发明技术方案，并非是对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做的改变、替代、修饰、简化均为等效的变换，都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (10)

1.一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，该流场板的一侧设有n个平行进料流道(3)，n≥2，每个进料流道(3)又分支出m个垂直流道(7)，m≥2，m个垂直流道(7)连通所述流场板另一侧设置的单一的出料流道(9)，使反应后的流体以较短的路径直接排出。
2.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的n个平行进料流道(3)一端连接进料口(2)，进料口(2)和各进料流道(3)位于所述流场板边缘，形成边缘流道进料。
3.根据权利要求2所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的进料口(2)的宽度不超过流场宽度的1/5。
4.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，n个进料流道(3)和m个垂直流道(7)各自均为等间隔分布的平行流道。
5.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的进料流道(3)的宽度为0.3-1.5mm、相邻进料流道之间形成的进料流道的脊(4)的宽度为0.2-0.6mm；所述的垂直流道(7)和出料流道(9)的宽度为0.8-2.0mm，相邻垂直流道(7)之间形成的垂直流道的脊(8)的宽度为1.0-2.5mm；流道的深度均为1.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的流场板流道四周设有密封沟槽(6)，将流道包围起来，将密封垫圈放置于密封沟槽(6)内。
7.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的流场板的材质采用石墨、不锈钢、钛合金、镍板或铜板。
8.根据权利要求2所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，在进料口(2)相邻侧上边缘设置加热盲孔(11)和测温盲孔(12)。
9.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的流场板上还设有安装孔(1)。
10.根据权利要求1所述的一种渐变Z形燃料电池流场板，其特征在于，所述的流场板对气体或液体燃料和氧化剂均适用。
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