CN109638311A - 一种燃料电池导流板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冷却流体流速分布、温度分布更加均匀的燃料电池导流板。所述导流板为长方体导流双极板，由粘合在一起的空气导流槽板和氢气导流槽板组成；进出空气、进出氢气、进出冷却流体的孔道以及用于连接进出流体孔道的导流槽设置在所述导流双极板上；冷却流体流道处于所述空气导流槽板背面和氢气导流槽板背面形成的夹层中；沿所述导流板长边的侧面设置冷却液的进出口；沿所述导流板短边的侧面布置有空气和氢气进出的孔道。本发明燃料电池导流板有利于提高冷却液流速分布的一致性，有利于降低冷却流体进出口温度差异，提高所述极板温度分布的一致性。

Description

一种燃料电池导流板
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种有利于提高流体流速与温度分布一致性的燃料电池导流板。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)以其高效率、比能量低污染等优点被认为是一种适合人类发展和环境要求的理想电源。双极板(流场板)是质子交换膜燃料电池的重要部件，其质量占电池堆60％以上。流场板的道设计对电池性能、运行效率和制造成本有很大影响。双极板两面都有加工出的流道，起着分布反应气、收集电流、机械支撑、水热管理以及分隔阴阳两极反应气的重要作用。实际上,燃料电池堆的设计很大程度上就是双极板的设计。据文献报道,适当的流道设计能够使电池性能提高50％左右。流道结构决定反应气与生成物在流道内的流动状态,设计合理的流道可以使电极各处均能获得充足的反应气并及时排出生成的水,从而保证燃料电池具有较好的性能和稳定性。
发明内容
本发明的目的为了提供一种能够提高流体流速与温度分布一致性的高功率密度，高结构强度的燃料电池导流板。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
1.一种能够提高流体流速与温度分布一致性的燃料电池导流板，该导流板为导流双极板，所述的导流双极板由粘合在一起的空气导流槽板和氢气导流槽板组成；冷却流体流道处于空气导流槽板反面和氢气导流槽板反面形成的夹层中，所述的导流双极板上设置有可供进出空气、进出氢气、进出冷却流体的孔道，以及用于连接进出流体孔道的导流槽；其特征在于，所述的导流双极板总体为长方形，沿该长方体长边的一侧伸出两个凸起，该凸起部分上设有冷却液的进出口以及用于装配定位的定位孔，以及用于极板电压巡检的采样孔；沿该长方体短边布置有空气和氢气的流通的孔道以及空气和氢气导流槽的进出气引槽，且两侧空气、氢气的流动孔道分布沿长方形短边的分布顺序相反。连接冷却液进出流道孔的冷却液槽分成两部分，靠近冷却液进出孔以及其之间连接线部分流道大概呈工字型，远离部分大概呈门型，两部分流道长度相当大致相等，或外侧大于内侧(补偿局部压力损失)，有利于提高冷却流体流速的一致性，同时有利降低冷却流体进出口之间温度差，进而提高双极板温度的一致。冷却液槽与空气和氢气导流槽的进出气引槽之间设置有双道密封条，保证冷却液不会窜入空气和氢气公共孔道，保证良好的密封性。与所述冷却液体导流槽在同一极板的所述的空气导流槽在冷却液体导流槽板的另一侧，在长方体短边两侧设置有空气的进气流道孔，且两侧的流道孔相对于极板中心轴呈中心对称，以便各个导流槽中空气流量尽可能相等。所述空气流槽呈曲线，以增加背压，提高空气利用效率。所述的导氢气流槽板正面设置有氢气进出流体孔和呈曲线的导氢气流槽。导氢气流槽板反面为光板，与正面对应位置有空气进出流体孔。
2、所述的进出冷却流体的共用孔道，位于沿长方体导流双极板长边的一侧伸出的两个凸起处，与所述导流双极板氢气和空气共用孔道分离，在保证冷却液体不能窜入其中的同时，最大程度的增加双极板有效面积比例。
3、所述的沿长方体导流双极板长边的一侧伸出的两个凸起处设置有用于装配定位的定位孔，以及用于极板电压巡检的采样孔。
4、所述的导空气槽板反面，连接冷却液进出流道孔的冷却液槽分成两部分，靠近冷却液进出孔以及其之间连接线部分流道大概呈工字型，远离部分大概呈门型，两部分流道长度相当大致相等，或外侧大于内侧(补偿局部压力损失)，有利于提高冷却流体流速的一致性，同时有利降低冷却流体进出口之间温度差，进而提高双极板温度的一致。
5、所述的冷却液槽与空气和氢气导流槽的进气引槽之间设置有双道密封条，保证冷却液不会窜入空气和氢气公共孔道，保证良好的密封性。
6、所述的导空气流槽与导氢气流槽为曲线型，增加了一定量的背压，提高了空气和氢气的利用效率。
7、所述的导空气流槽板与导氢气流槽板沿长方体短边布置有空气和氢气的流通的孔道以及空气和氢气导流槽的进出气引槽，且两侧空气、氢气的流动孔道分布沿长方形短边的分布顺序相反，且相对于极板中心轴呈中心对称。
8、所述导空气流槽板与导氢气流槽板沿长方体短边布置有空气和氢气的流通的孔道呈拱型，增加了长方体导流板短边强度。
9、空气从空气公共孔道进口进入，经所述空气导流槽板背面的引槽，曲线型空气导流槽，至空气公共孔道出口流出。
10、氢气从氢气公共孔道进口进入，经所述氢气导流槽板背面的引槽，曲线型氢气导流槽，至氢气公共孔道出口流出。
本发明的有益效果是：
1、目前燃料电池双极板导空气、氢气和冷却液体的公共流道一般沿长方体双极板短边布置或其中两种流道布置于长方体双极板长边且靠近短边的两侧。前者布置形式不仅容易造成冷却液窜流至氢气或空气公共流道，而且容易短边侧强度不足。后者布置形式容易造成双极板无效面积增加，会造成燃料电池电堆的功率密度的下降。并且两种形式的双极板，冷却液体进出口一般为对称布置，相距较远且流道多为直线型或S型，容易造成冷却液提进出口温度差异较大，造成双极板温度分布不均，进而影响整堆性能。本发明进出冷却流体的共用孔道，位于沿长方体导流双极板长边的一侧伸出的两个凸起处，与所述导流双极板氢气和空气共用孔道分离，在保证冷却液体不能窜流其中的同时，最大程度的增加双极板有效面积比例。
2、连接冷却液进出流道孔的冷却液槽分成两部分，靠近冷却液进出孔以及其之间连接线部分流道大概呈工字型，远离部分大概呈门型，两部分流道长度相当大致相等，或外侧大于内侧(补偿局部压力损失)，有利于提高冷却流体流速的一致性，同时有利于降低冷却流体进出口之间温度差，进而提高双极板温度的一致。
3、导空气流槽与导氢气流槽为曲线型，增加了一定量的背压，提高了空气和氢气的利用效率。
4、导空气流槽板与导氢气流槽板沿长方体短边布置有空气和氢气的孔道呈拱型，增加了长方体导流板短边强度。
5、与现有技术相比，本发明有利于提高冷却液流速分布的一致性，有利于降低冷却流体进出口温度差异，提高所述极板温度分布的一致性。同时，相对于现有技术，所述结构在保证极板的功率密度的同时，提高了极板的结构强度以及密封性能，进而有利于提高系统的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中导空气流槽板的反面结构示意图。
图2为本发明实施例中导空气流槽板的正面结构示意图。
图3为本发明实施例中导氢气流槽板的正面结构示意图。
图4为本发明实施例中导氢气流槽板的反面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
1、如图1～4所示，为一种有利于提高流体流速与温度分布一致性的燃料电池导流板，该极板为导流双极板，所述的导流双极板由粘合在一起的空气导流槽板1和氢气导流槽板11组成；冷却流体流道9处于空气导流槽板1反面和氢气导流槽板11反面形成的夹层中，所述的导流双极板上设置有可供进出空气的空气公共孔道2、可供进出氢气的氢气公共孔道3、可供进出冷却流体的冷却流体孔道4，以及用于连接进出流体孔道的空气导流槽15和用于连接进出流体孔道的氢气导流槽16；其特征在于，所述的导流双极板总体为长方形，沿该长方体长边的一侧伸出两个凸起17，该凸起部分上设有冷却液的进出口4以及用于装配定位的定位孔6，以及用于极板电压巡检的采样孔14。
2.所述空气导流槽板1沿该长方体短边布置有空气公共孔道2和氢气公共孔道3以及空气进出气引槽8和氢气进出气引槽7，且两侧空气、氢气的流动公共孔道2,3分布沿长方形短边的分布顺序相反。连接冷却液进出流道孔的冷却液槽分成两部分冷却液导流槽9和冷却液导流槽10，靠近冷却液进出孔4以及其之间连接线部分冷却液导流槽9大概呈工字型，远离部分冷却液导流槽10大概呈门型，两部分流道长度相当相等，或外侧大于内侧(补偿局部压力损失)，有利于提高冷却流体流速的一致性，同时有利降低冷却流体进出口之间温度差，进而提高极板1和11温度分布的一致性。冷却液导流槽10与空气进出气引槽8和氢气进出气引槽7之间设置有双道密封条17，保证冷却液不会窜入空气和氢气公共孔道2和3，保证良好的密封性。
3、所述冷却液体导流槽9和10在同一极板的所述的空气导流槽15在空气导流槽板1的另一侧，在长方体短边两侧设置有空气的进气流道孔5，且两侧的流道孔相对于极板中心轴呈中心对称，以便各个导流槽中空气流量尽可能相等。所述空气流槽15呈曲线，以增加背压，提高空气利用效率。
4、所述的导氢气流槽板11正面设置有氢气进出流体孔13和呈曲线的导氢气流槽16。导氢气流槽板反面为光板，与正面对应位置有氢气进出流体孔13。
5、所述的燃料电池导流板，有利于冷却液流速分布的一致性，同时有利于降低冷却流体进出口温度差异，提高所述极板温度分布的一致性。同时相对于现有技术，所述结构在保证极板的功率密度的同时，提高了极板的结构强度以及密封性能，进而又有利于提高系统的可靠性。
以上对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的内容。熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种燃料电池导流板，其特征在于，所述导流板为长方体导流双极板，由粘合在一起的空气导流槽板和氢气导流槽板组成；进出空气、进出氢气、进出冷却流体的孔道以及用于连接进出流体孔道的导流槽设置在所述导流双极板上；冷却流体流道处于所述空气导流槽板背面和氢气导流槽板背面形成的夹层中；沿所述导流板长边的侧面设置冷却液的进出口；沿所述导流板短边的侧面布置有空气和氢气进出的孔道。
2.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，所述冷却液的进出口位于导流板长边侧面伸出的凸起处。
3.据权利要求2所述的导流板，其特征在于，在所述凸起处还设置用于装配定位的定位孔以及用于极板电压巡检的采样孔。
4.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，；所述冷却液进出口连接有冷却液导流槽，其分成两部分，靠近冷却液进出口的冷却液导流槽呈工字型，远离冷却液进出口的冷却液槽呈门型，两部分冷却液槽的流道长度相等，或后者大于前者。
5.根据权利要求4所述的导流板，其特征在于，所述冷却液导流槽与空气和氢气的进气引槽之间设置有双道密封条，保证冷却液不会窜入空气和氢气公共孔道，保证良好的密封性。
6.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，所述空气导流槽板和氢气导流槽板分别设有空气导流槽与氢气导流槽，所述的这些导流槽为曲线型，以增加背压，提高空气和氢气的利用效率。
7.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，所述空气和氢气进出的孔道分布沿所述导流板短边的分布顺序相反，且相对于极板中心轴呈中心对称。
8.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，沿所述导流板短边设置的空气和氢气进出的孔道呈拱型，增加了长方体导流板短边强度。
9.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，空气从空气公共孔道进口进入，经所述空气导流槽板背面的引槽，曲线型空气导流槽，至空气公共孔道出口流出。
10.根据权利要求1所述的导流板，其特征在于，氢气从氢气公共孔道进口进入，经所述氢气导流槽板背面的引槽，曲线型氢气导流槽，至氢气公共孔道出口流出。
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