CN110556550A - 流场板及风冷电堆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种流场板及风冷电堆，属于燃料电池领域。流场板包括密封板和流场网格，密封板上设置有安装通槽、两个反应歧管和两个过流歧管，流场网格设置在安装通槽中，两个反应歧管之间通过流场网格连通。本发明可以降低流场板的生产难度。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池领域，特别涉及一种流场板及风冷电堆。
背景技术
流场板是风冷电堆中的重要组成部分之一，主要用于实现气体的分配、集流以及散热的作用。
流场板上雕刻有回形的流道，使得反应气体可以在流道中流通，以增加反应气体在流场板中的流通时间，从而使得反应气体可以发生充分的化学反应。
然而，由于现在通常是采用雕刻的方式在流场板上形成流道，所以容易导致流场板因雕刻工艺不佳而破损。
发明内容
本发明实施例提供了一种流场板及风冷电堆，可以降低流场板的生产难度。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种流场板，所述流场板包括密封板和流场网格，所述密封板上设置有安装通槽、两个反应歧管和两个过流歧管，所述流场网格设置在所述安装通槽中，两个所述反应歧管之间通过所述流场网格连通。
在本发明的一种实现方式中，所述密封板的纵剖面为矩形件，两个所述反应歧管和两个所述过流歧管分别位于所述密封板的四角，两个所述反应歧管成对角布置，两个所述过流歧管成对角布置。
在本发明的另一种实现方式中，所述流场网格的纵剖面均为矩形，所述流场网格的一对角中的一个角位于一个所述反应歧管内，所述流场网格的一个一对角中的另一个角位于另一个所述反应歧管内。
在本发明的又一种实现方式中，所述流场网格的对角线与所述密封板的对角线重合。
在本发明的又一种实现方式中，所述流场网格的一侧面与所述密封板的一侧面平齐，所述流场网格的另一侧面与所述密封板的另一侧面平齐。
另一方面，本发明实施例提供了一种风冷电堆，所述风冷电堆包括多个电堆单元，各所述电堆单元依次层叠在一起，每个所述电堆单元均包括第一双极板、第二双极板和膜电极，所述风冷电堆还包括两个上述流场板，两个所述流场板中的一个所述流场板为第二流场板，两个所述流场板中的另一个所述流场板为第一流场板，所述第二双极板、第二流场板、所述膜电极、第一流场板和所述第一双极板依次层叠在一起；
所述第二双极板上设置有第二氢气进口、第二氢气出口、第二空气进口和第二空气出口，所述第一双极板上设置有第一氢气进口、第一氢气出口、第一空气进口和第一空气出口，所述膜电极上设置有第一氢气口、第二氢气口、第一空气口和第二空气口；
所述第二氢气进口、所述第二流场板的一个过流歧管、所述第一氢气口、所述第一流场板的一个所述反应歧管、所述第一氢气出口、所述第一流场板的另一个所述反应歧管、所述第一氢气进口、所述第二氢气口、所述第二流场板的另一个过流歧管、所述第二氢气出口相互连通；
所述第一空气进口、所述第一流场板的一个过流歧管、所述第一空气口、所述第二流场板的一个所述反应歧管、第二空气出口、所述第二流场板的另一个所述反应歧管、第二空气进口、所述第二空气口、所述第一流场板的另一个所述过流歧管、所述第一空气出口相互连通。
在本发明的一种实现方式中，所述第二氢气进口、所述第二氢气出口、所述第二空气进口和所述第二空气出口上均设置有密封圈。
在本发明的另一种实现方式中，所述第一氢气进口、所述第一氢气出口、所述第一空气进口和所述第一空气出口上均设置有密封圈。
在本发明的又一种实现方式中，所述第二双极板的背向所述第二流场板的一侧面上设置有第二散热鳍片。
在本发明的又一种实现方式中，所述第一双极板的背向所述第一流场板的一侧面上设置有第一散热鳍片。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
在使用本发明实施例所提供的流场板时，反应气体由一个反应歧管进入流场网格中，反应气体在流场网格的影响下，降低了流速，增加了反应气体的化学反应时间，经过了流场网格的气体再通过另一个反应歧管流出。由于流场网格设置在密封板的安装通槽中，所以不需要在雕刻流道的这一工序，降低了流场板的生产难度，避免了流场板在生产过程中损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的流场板的爆炸图；
图2是本发明实施例提供的流场板的正视图；
图3是本发明实施例提供的风冷电堆的爆炸图；
图中各符号表示含义如下：
1、密封板；11、安装通槽；12、反应歧管；121、气口；122、通道；13、过流歧管；2、流场网格；100、第一双极板；110、第一氢气出口；120、第一空气进口；130、第一空气出口；140、第一氢气进口；150、第一散热鳍片；200、第二双极板；210、第二氢气进口；220、第二氢气出口；230、第二空气出口；240、第二空气进口；250、第二散热鳍片；300、膜电极；310、第一氢气口；320、第二氢气口；330、第一空气口；340、第二空气口；400、第二流场板；500、第一流场板；600、密封圈；1000、电堆单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种流场板，该流场板适用于燃料电池的风冷电堆，图1为该流场板的爆炸图，结合图1，该流场板包括：密封板1和流场网格2，密封板1上设置有安装通槽11、两个反应歧管12和两个过流歧管13，流场网格2设置在安装通槽11中，两个反应歧管12之间通过流场网格2连通。
在使用本发明实施例所提供的流场板时，反应气体由一个反应歧管12进入流场网格2中，反应气体在流场网格2的影响下，降低了流速，增加了反应气体的化学反应时间，经过了流场网格2的反应气体再通过另一个反应歧管12流出。由于流场网格2设置在密封板1的安装通槽11中，所以不需要在雕刻流道的这一工序，降低了流场板的生产难度，避免了流场板在生产过程中损坏。
需要说明的是，一个风冷电堆中通常包括两种流场板，一种流场板作为阳极流场板，一种流场板作为阴极流场板。当作为阳极流场板使用时，反应歧管12中流通的反应气体为氢气，过流歧管13中流通的气体为空气；当作为阴极流场板使用时，反应歧管12中流通的反应气体为空气，过流歧管13中流通的气体为氢气。
在本实施例中，密封板1可以为热熔性高分子弹性结构件，例如EPDM(EthylenePropylene Diene Monomer)、TPR(Thermo-Plastic-Rubber material)等。
在其他实施例中，密封板1也可以为其他高分子弹性结构件，例如硅橡胶、氟橡胶、丁基橡胶等。
图2为流场板的正视图，结合图2，在本实施例中，密封板1的纵剖面为矩形件，两个反应歧管12和两个过流歧管13分别位于密封板1的四角，两个反应歧管12成对角布置，两个过流歧管13成对角布置。
在上述实现方式中，将两个反应歧管12和两个过流歧管13分别位于密封板1的四角，可以避免两个反应歧管12和两个过流歧管13之间产生影响，提高了流场板的可靠性。
实例性地，两个反应歧管12之间的连线和两个过流歧管13之间的连线交点，与密封板1的重心重合。
这样，可以进一步地保证流场板的结构强度。
在本实施例中，流场网格2的纵剖面均为矩形，流场网格2的一对角中的一个角位于一个反应歧管12内，流场网格2的一个一对角中的另一个角位于另一个反应歧管12内。
在上述实现方式中，这样可以使得流场网格2尽可能多的填充在密封板1中，从而提高了反应气体在流场板中的反应时间，使得反应气体可以充分反应。
可选地，反应歧管12可以包括气口121和通道122，气口121靠近密封板1的边角处设置，通道122的纵截面为类梯形，通道122的小端(开口面积较小的一端)与气口121连通，通道122的大端(开口面积较大的一端)与安装通槽11连通。从而使得由反应歧管12输出的反应气体能够快速的与流场网格2充分接触，从而提高了反应效率。
示例性地，通道122的大端开口面积不小于安装通槽11的用于与反应歧管12连通的开口面积。
可选的，流场网格2的对角线与密封板1的对角线重合。
在上述实现方式中，流场网格2设置在密封板1的中部，从而使得密封板1可以稳固的容置流场网格2，并对流场网格2进行良好密封。
并且，如此设置，可以使得流场板1为对称结构，也就是说，两个反应歧管既可以做进气歧管、也可以做出气歧管，即若一个反应歧管为进气歧管，那么另一个反应歧管为出气歧管。同理，两个过流歧管也是如此。当然，各流场板之间也可以互换通用，降低了生产成本。
可选的，流场网格2的一侧面与密封板1的一侧面平齐，流场网格2的另一侧面与密封板1的另一侧面平齐。
在上述实现方式中，将流场网格2和密封板1平齐布置，使得流场板和密封板1可以同时与风冷电堆中的其他结构紧密的接触，既保证了密封板1的密封性能，又保证了流场网格2中反应气体可以与风冷电堆中的其他结构充分接触，即降低了接触电阻、有利于积水排出，提高了风冷电堆的性能。
在本实施例中，流场网格2可以为金属结构件，例如泡沫钛结构件、泡沫镍结构件以及二者的合金结构件，使得流场网格2具有较高的耐腐蚀性和导电性。
在其他实施例中，流场网格2还可以为碳复合结构件，例如添加了石墨或者炭黑的高分子材料结构件、碳纤维结构件等，本发明对此不作限制。
实例性地，流场网格2的孔隙率可以为50～90％。
图3为本发明实施例提供的一种风冷电堆的爆炸图，结合图2，在本实施例中，该风冷电堆包括多个电堆单元1000，各电堆单元1000依次层叠在一起，每个电堆单元均包括第一双极板100、第二双极板200和膜电极300，风冷电堆还包括两个图1的流场板，两个流场板中的一个流场板为第二流场板400，两个流场板中的另一个流场板为第一流场板500，第二双极板200、第二流场板400、膜电极300、第一流场板500和第一双极板100依次层叠在一起。
第二双极板200上设置有第二氢气进口210、第二氢气出口220和第二空气出口230，第一双极板100上设置有第一氢气出口110、第一空气进口120和第一空气出口130，膜电极300上设置有第一氢气口310、第二氢气口320、第一空气口330和第二空气口340。
第二氢气进口210、第二流场板400的一个过流歧管13、第一氢气口310、第一流场板500的一个反应歧管12、第一氢气出口110、第一流场板500的另一个反应歧管12、第一氢气进口140、第二氢气口320、第二流场板400的另一个过流歧管13、第二氢气出口220相互连通。
第一空气进口120、第一流场板500的一个过流歧管13、第一空气口330、第二流场板400的一个反应歧管12、第二空气出口230、第二流场板400的另一个反应歧管12、第二空气进口240、第二空气口340、第一流场板500的另一个过流歧管13、第一空气出口130相互连通。
需要说明的是，当风冷电堆包括多个电堆单元1000时，位于最外侧一端的电堆单元1000的第一双极板100与相邻的一个电堆单元1000的第二双极板200连接，该第一双极板100的第二空气出口230与该第二双极板200的第一空气进口120连通，第二氢气进口210与第一氢气出口110连通，第二空气进口240与第一空气出口130连通，第二氢气出口220与第一氢气进口140连通。位于最外侧另一端的电堆单元1000的第二双极板200与相邻的一个电堆单元1000的第一双极板100连接，二者之间的连通方式与前述基本相同，在此不作赘述。位于中间的各电堆单元1000之间的连接方式和连通方式与前述基本相同，同样也是第一双极板100与第二双极板200连接且连通，故在此不作赘述。
在本实施例中，各电堆单元1000之间可以通过长杆螺柱固定在一起，长杆螺柱沿各电堆单元1000的层叠方向贯穿各电堆单元1000。
下面简单介绍一下本发明实施例所提供的风冷电堆的工作方式：
氢气由第二氢气进口210进入，依次经过第二流场板400的一个过流歧管13、第一氢气口310、第一流场板500的一个反应歧管12，进入第一流场板500的流场网格。氢气在第一流场板500的流场网格中充分反应后，依次经过第一流场板500的另一个反应歧管12、第二氢气口320、第二流场板400的另一个过流歧管13、第二氢气出口220。
需要说明的是，进入第一流场板500的一个反应歧管12中的氢气，部分通过第一氢气出口110进入另一个电堆单元1000的第二氢气进口210，以此在各电堆单元1000中形成氢气流通。另外，另一个电堆单元1000的第二氢气出口220将氢气通过本电堆单元1000的第一氢气进口140输入。
空气由第一空气进口120进入、依次经过第一流场板500的一个过流歧管13、第一空气口330、第二流场板400的一个反应歧管12，进入应急流场板的流场网格。空气在第二流场板400的流场网格中充分反应后，依次经过第二流场板400的另一个反应歧管12、第二空气口340、第一流场板500的另一个过流歧管13、第一空气出口130。
需要说明的是，进入第二流场板400的一个反应歧管12中的空气，部分通过第二空气出口230进入另一个电堆单元1000的第一空气进口120，以此在各电堆单元1000中形成空气流通。另外，另一个电堆单元1000的第一空气出口130将空气通过本电堆单元1000的第二空气进口240输入。
由前文所述可知，当密封板1为热熔性高分子弹性结构件时，可以采用热熔的手段，将第一双极板100和膜电极300热熔在一起，将第二双极板200和膜电极300热熔在一起，以提高风冷电堆的密封性能。
在本实施例中，所述第二氢气进口210、所述第二氢气出口220、所述第二空气进口240和所述第二空气出口230上均设置有密封圈600。
这样，可以实现氢气和空气的密封，避免了空气和氢气的泄露，提高了风冷电堆的可靠性。
在本实施例中，所述第一氢气进口140、所述第一氢气出口110、所述第一空气进口120和所述第一空气出口130上均设置有密封圈600。
这样，可以实现氢气和空气的密封，避免了空气和氢气的泄露，进一步地提高了风冷电堆的可靠性。
需要说明的是，当第一双极板100和第二双极板200连接在一起时，可以只在第一双极板100上设置密封圈600，也可以只在第二双极板200上设置密封圈600，这样不仅可以节约风冷电堆的制造成本，还可以使得风冷电堆具有更紧凑的结构。当然，如果第一双极板100和第二双极板200单独设置，则二者均需要设置密封圈600，以保证风冷电堆的可靠性。
在本实施例中，第二双极板200的背向第二流场板400的一侧面上设置有第二散热鳍片250。
这样，可以有利于第二双极板200的散热，避免了风冷电堆过热，影响其工作效能。
可选地，第一双极板100的背向第一流场板500的一侧面上设置有第一散热鳍片150。
这样，可以有利于第一双极板100的散热，避免了风冷电堆过热，影响其工作效能。
需要说明的是，当第一双极板100和第二双极板200连接在一起时，可以只在第一双极板100上设置第一散热鳍片150，也可以只在第二双极板200上设置第二散热鳍片250，这样不仅可以节约风冷电堆的制造成本，还可以使得风冷电堆具有更紧凑的结构。当然，如果第一双极板100和第二双极板200单独设置，则二者均需要对应设置第一散热鳍片150或者第二散热鳍片250，以保证风冷电堆的工作效能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种流场板，其特征在于，所述流场板包括密封板和流场网格，所述密封板上设置有安装通槽、两个反应歧管和两个过流歧管，所述流场网格设置在所述安装通槽中，两个所述反应歧管之间通过所述流场网格连通。
2.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述密封板的纵剖面为矩形件，两个所述反应歧管和两个所述过流歧管分别位于所述密封板的四角，两个所述反应歧管成对角布置，两个所述过流歧管成对角布置。
3.根据权利要求2所述的流场板，其特征在于，所述流场网格的纵剖面均为矩形，所述流场网格的一对角中的一个角位于一个所述反应歧管内，所述流场网格的一个一对角中的另一个角位于另一个所述反应歧管内。
4.根据权利要求3所述的流场板，其特征在于，所述流场网格的对角线与所述密封板的对角线重合。
5.根据权利要求1所述的流场板，其特征在于，所述流场网格的一侧面与所述密封板的一侧面平齐，所述流场网格的另一侧面与所述密封板的另一侧面平齐。
6.一种风冷电堆，所述风冷电堆包括多个电堆单元，各所述电堆单元依次层叠在一起，每个所述电堆单元均包括第一双极板、第二双极板和膜电极，其特征在于，所述风冷电堆还包括两个权利要求1-5任一项所述的流场板，两个所述流场板中的一个所述流场板为第二流场板，两个所述流场板中的另一个所述流场板为第一流场板，所述第二双极板、第二流场板、所述膜电极、第一流场板和所述第一双极板依次层叠在一起；
所述第二双极板上设置有第二氢气进口、第二氢气出口、第二空气进口和第二空气出口，所述第一双极板上设置有第一氢气进口、第一氢气出口、第一空气进口和第一空气出口，所述膜电极上设置有第一氢气口、第二氢气口、第一空气口和第二空气口；
所述第二氢气进口、所述第二流场板的一个过流歧管、所述第一氢气口、所述第一流场板的一个所述反应歧管、所述第一氢气出口、所述第一流场板的另一个所述反应歧管、所述第一氢气进口、所述第二氢气口、所述第二流场板的另一个过流歧管、所述第二氢气出口相互连通；
所述第一空气进口、所述第一流场板的一个过流歧管、所述第一空气口、所述第二流场板的一个所述反应歧管、第二空气出口、所述第二流场板的另一个所述反应歧管、第二空气进口、所述第二空气口、所述第一流场板的另一个所述过流歧管、所述第一空气出口相互连通。
7.根据权利要求6所述的风冷电堆，其特征在于，所述第二氢气进口、所述第二氢气出口、所述第二空气进口和所述第二空气出口上均设置有密封圈。
8.根据权利要求6所述的风冷电堆，其特征在于，所述第一氢气进口、所述第一氢气出口、所述第一空气进口和所述第一空气出口上均设置有密封圈。
9.根据权利要求6所述的风冷电堆，其特征在于，所述第二双极板的背向所述第二流场板的一侧面上设置有第二散热鳍片。
10.根据权利要求6所述的风冷电堆，其特征在于，所述第一双极板的背向所述第一流场板的一侧面上设置有第一散热鳍片。
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