CN110299544A - 燃料电池变截面流道及具有该流道的双极板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种燃料电池变截面流道，包括载体，所述载体的中心设置有进气口，所述载体上自进气口向载体边沿方向呈放射状设置多个第一肋板，第一肋板将载体分隔为多个区域，每个区域内分别呈辐射状设置多个独立的第二肋板，自进气口向载体边沿方向第二肋板个数依次增多，第一肋板和第二肋板的截面积自进气口向载体边沿依次增大，相邻第二肋板之间或第一肋板与第二肋板之间为燃料电池变截面流道。该结构可进一步改善流道供气均匀性，提高扩散传质效率和降低液体流动阻力，有利于液体顺利排出。

Description

燃料电池变截面流道及具有该流道的双极板
技术领域
本发明涉及质子交换膜燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池变截面流道及具有该流道的双极板。
背景技术
质子交换膜燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂内的化学能直接转化为电能的发电装置，因而具有能量转化率高，环境友好等特点，是当今世界公认的最理想新能源技术。
双极板作为燃料电池的关键部件之一，在燃料电池中起着分配气体、导电、导热、排水等重要作用，其性能的优劣主要取决于流道结构。在质子交换膜燃料电池中，流道须考虑空气供应和产物水的排出问题。一种理想的流道结构，是在合适的进气流速下，既能使得空气充分且均匀的通过流道，进而均匀扩散至扩散层，最终到达催化层发生化学反应，达到理想的供气效果。另一方面反应产物水能够通过流道顺利排出，不至因其堵塞流道而影响其工作性能。
在现有技术中的质子交换膜燃料电池流道结构存在以下不足：
现有技术多为等截面流道结构，如直通流道、蛇形流道、螺旋形流道等，沿流道方向，气体压降逐渐减小，液体流动受阻力影响不易排出，扩散传质效率也降低。也有一些变截面优化改进直通流道，但加工难度大，增加了加工成本。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种燃料电池变截面流道及具有该流道的双极板，该结构可进一步改善流道供气均匀性，提高扩散传质效率和降低液体流动阻力，有利于液体顺利排出。
一种燃料电池变截面流道，包括载体，所述载体的中心设置有进气口，所述载体上自进气口向载体边沿方向呈放射状设置多个第一肋板，第一肋板将载体分隔为多个区域，每个区域内分别呈辐射状设置多个独立的第二肋板，自进气口向载体边沿方向第二肋板个数依次增多，第一肋板和第二肋板的截面积自进气口向载体边沿依次增大，相邻第二肋板之间或第一肋板与第二肋板之间为燃料电池变截面流道。
优选的，所述载体为圆形载体。
优选的，所述第一肋板将圆形载体分隔为多个扇形区域。
优选的，所述第一肋板和第二肋板均为扇形结构。
优选的，所述第二肋板自进气口向载体边沿方向交错布置。
一种双极板，该电极板的其中一个工作面设置有如上所述的变截面流道。
本发明的有益效果：
（1）本发明一种圆形变截面多通路燃料电池流道结构，每个扇形区域内流道是相通的，变截面肋板和变截面流道交错分布使得气体通过流道均匀分布以及扩散传质效率提高。
（2）本发明相比于传统等截面流道结构，如直通流道、蛇形流道等，越靠近出口，流道截面积越大，越有利于液体的排出。
（3）本发明变截面肋板每层与相邻层交错设置，获得减速效果，使气体在流道内的流速降低，相比于直流道，气体扩散速度有效降低，有利于气体均匀扩散至扩散层。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明变截面流道结构图；
图2为本发明双极板结构图；
图中：1、第一肋板，2、第二肋板，3、进气口，4、变截面流道。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示的一种燃料电池变截面流道，圆形载体的中心设置有进气口3，在载体上自进气口向载体边沿方向呈放射状设置多个第一肋板1，第一肋板的个数根据载体面积计算设定，第一肋板将载体分隔为多个扇形区域，每个扇形区域内分别呈辐射状设置多个独立的第二肋板2，第二肋板自进气口向载体边沿方向交错布置，自进气口向载体边沿方向第二肋板个数依次增多，即以进气口3为中心，依次向外周向布置多个第二肋板，离进气口3最近的一圈第二肋板个数最少，向外依次增多，离进气口最远的一圈第二肋板个数最多，多个第二肋板的外形及体积可以根据实际需要设置为相同或不同均可，保证截面由进气口向外侧依次增大即可。第一肋板1和第二肋板2均为扇形结构，即第一肋板和第二肋板的截面积自进气口向载体边沿依次增大，相邻第二肋板之间或第一肋板与第二肋板之间为燃料电池变截面流道。每个扇形区域流道是相通的，越靠近出口，流道截面积越大，越有利于液体的排出，变截面肋板和变截面流道交错分布使得气体通过流道均匀分布以及扩散传质效率提高。变截面的第二肋板自进气口向外的每层与相邻层交错设置，获得减速效果，使气体在流道内的流速降低，相比于直流道，气体扩散速度有效降低，有利于气体均匀扩散至扩散层。
第一肋板和第二肋板可以根据实际需要设计为圆弧形、梯形或其他截面变化的形状都在本申请的保护范围内。
本发明还公开一种如图2所示的双极板，该双极板的其中一个工作面设置有如上所述的变截面流道。
该发明的工作原理为：氢气和空气分别沿着双极板上气体的流道抵达电池的阳阴两极，再经由电极上的扩散层扩散到催化层，中间是具有选择透过性的质子交换膜。在膜的阳极一侧,氢气在阳极催化剂的作用下离解为氢离子和电子,氢离子穿过质子交换膜到达阴极，而电子经由外电路到达阴极。同时，阴极的氧分子在催化剂作用下发生电子反应，变成氧离子，与阳极传来的氢离子和经由外电路传来的电子结合，生成水分子，反应生成的水在随反应气体一同排出燃料电池。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种燃料电池变截面流道，包括载体，其特征在于，所述载体的中心设置有进气口（3），所述载体上自进气口向载体边沿方向呈放射状设置多个第一肋板（1），第一肋板将载体分隔为多个区域，每个区域内分别呈辐射状设置多个独立的第二肋板（2），自进气口向载体边沿方向第二肋板个数依次增多，第一肋板和第二肋板的截面积自进气口向载体边沿依次增大，相邻第二肋板之间或第一肋板与第二肋板之间为燃料电池变截面流道（4）。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池变截面流道，其特征在于，所述载体为圆形载体。
3.根据权利要求1所述的一种燃料电池变截面流道，其特征在于，所述第一肋板将圆形载体分隔为多个扇形区域。
4.根据权利要求3所述的一种燃料电池变截面流道，其特征在于，所述第一肋板和第二肋板均为扇形结构。
5.根据权利要求1所述的一种燃料电池变截面流道，其特征在于，所述第二肋板自进气口向载体边沿方向交错布置。
6.一种双极板，其特征在于，该双极板的其中一个工作面设置有如权利要求1-5任一所述的变截面流道。
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