CN114864985A - 单极板及双极板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及燃料电池配件技术领域，公开一种单极板及双极板，单极板包括板体和流场，流场开设于板体的工作面，流场包括依次连通的第一入口、第一分配区、流道和第一出口，第一导流柱和第二导流柱分别间隔排列安装于第一分配区，第一导流柱靠近安装于第一入口，第二导流柱靠近安装于流道，第一导流柱和第二导流柱交错排列设置。其有益效果在于：流体经流场的第一入口进入第一分配区；第一导流柱先对流体产生分配作用，有利于流体均匀经过相邻的第一导流柱的间隔，从而提高本发明的有效反应活性面积比率；第二导流柱可以改变流体的压力降，通过改变第二导流柱子的横截面形状，本发明可以依据设计目标调节流体的压力降，以提高燃料电池的性能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池配件技术领域，特别是涉及一种单极板及双极板。
背景技术
作为燃料电池的重要结构，单极板设置有供流体以及流体流动的流道,以将流体分配到电极的反应层进行电极反应，并且带走工作热量,使燃料电池的工作温度保持在合理范围内,保证燃料电池的耐久性及输出性能。
相关技术中，同一单极板的不同流道内的压力降不同、流体分配不均匀，这使得有效反应活性面积比率小，导致燃料电池的性能低下。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：燃料电池的性能低下。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单极板，包括板体和流场，所述流场开设于所述板体的工作面，所述流场包括依次连通的第一入口、第一分配区、多个流道和第一出口，多个第一导流柱和多个第二导流柱分别间隔排列安装于所述第一分配区，多个所述第一导流柱靠近安装于所述第一入口，多个所述第二导流柱靠近安装于多个所述流道，多个所述第一导流柱和多个所述第二导流柱交错排列设置。
在上述技术方案中，所述第一导流柱的横截面面积大于所述第二导流柱的横截面面积。
在上述技术方案中，所述流场包括第二分配区，多个所述流道分别通过所述第二分配区与所述第一出口连通。
在上述技术方案中，所述第一入口与所述第一分配区通过两个第一过渡孔连通，所述第一出口和所述第二分配区通过两个第二过渡孔连通。
在上述技术方案中，所述单极板包括第三导流柱和第四导流柱，多个所述第三导流柱和多个所述第四导流柱分别间隔排列安装于所述第二分配区，多个所述第三导流柱靠近安装于所述第一出口，多个所述第四导流柱靠近安装于多个所述流道，多个所述第三导流柱和多个所述第四导流柱交错排列设置。
在上述技术方案中，所述第一入口的横截面面积小于所述第一出口的横截面面积。
在上述技术方案中，所述第一入口的横截面面积大于所述第一出口的横截面面积。
本发明的另一方面提供一种双极板，包括两个如上述技术方案所述的单极板，两个所述单极板的工作面相背设置，两个所述流场的所述第一入口和所述第一出口均贯穿两个所述单极板，两个所述单极板的所述流场相对密封。
在上述技术方案中，所述单极板具有与所述工作面相背的冷却面，其中一个所述单极板为第一单极板，另一所述单极板为第二单极板，所述第一单极板的冷却面开设有冷却槽，两个所述冷却面贴合设置，以使所述冷却槽与所述第二单极板的冷却面围成冷却通道。
在上述技术方案中，所述冷却槽的数量为多个，多个所述冷却槽和多个所述流道交错排列设置。
在上述技术方案中，所述单极板开设有第二入口和第二出口，所述冷却槽的两端分别与所述第二入口和所述第二出口连通。
在上述技术方案中，所述第二入口的横截面面积小于所述第二出口的横截面面积。
本发明实施例的单极板与现有技术相比，其有益效果在于：流体经流场的第一入口进入第一分配区；靠近安装于第一入口的第一导流柱先对流体产生分配作用，有利于流体均匀经过相邻的第一导流柱的间隔，从而提高本发明的有效反应活性面积比率，以提高燃料电池的性能；与第一导流柱交错排列的第二导流柱可以改变流体的压力降，通过改变第二导流柱子的横截面形状，本发明可以依据设计目标调节流体的压力降，以有利于提高燃料电池的性能。
附图说明
图1是本发明实施例的单极板的正视示意图；
图2是图1中A处的细节示意图；
图3是图1中B处的细节示意图；
图4是本发明实施例的双极板的剖视示意图；
图5是本发明实施例的双极板的后视示意图；
图中，100、第一单极板；200、第二单极板；
1、板体；11、第一导流柱；12、第二导流柱；13、第三导流柱；14、第四导流柱；15、定位孔；16、巡检片安装位；17、第一过渡孔；18、第二过渡孔；19、密封槽；
2、流场；21、第一入口；22、第一分配区；23、流道；24、第一出口；25、第二分配区；
3、冷却槽；31、第二入口；32、第二出口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”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。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是焊接连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，应当理解的是，本发明中采用术语“压力降”是表示装置消耗能量大小的技术经济指标，以装置进出口处流体的全压差表示，实质上反映了流体经过流场所消耗的机械能。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种单极板，包括板体1和流场2，流场2开设于板体1的工作面，流场2包括依次连通的第一入口21、第一分配区22、多个流道23和第一出口24，多个第一导流柱11和多个第二导流柱12分别间隔排列安装于第一分配区22，多个第一导流柱11靠近安装于第一入口21，多个第二导流柱12靠近安装于多个流道23，多个第一导流柱11和多个第二导流柱12交错排列设置。
流体可以经流场2的第一入口21进入第一分配区22；靠近安装于第一入口21的第一导流柱11先对流体产生分配作用，有利于流体均匀经过相邻的第一导流柱11的间隔并进入流道23以进行反应，从而提高本发明的有效反应活性面积比率，以提高燃料电池的性能；与第一导流柱11交错排列的第二导流柱12可以改变流体的压力降，通过改变第二导流柱12子的横截面形状，本发明可以依据设计目标调节流体的压力降，以有利于提高燃料电池的性能。
进一步地，第一导流柱11的横截面面积大于第二导流柱12的横截面面积。
可以理解的是，横截面面积较大的第一导流柱11有利于对流体产生分配作用，以使各个流道23内的流体分配均匀；横截面面积较小的第二导流柱12可以对分配后的流体的压力进行调节，以使本发明可以依据设计目标调节流体的压力降，进而提高燃料电池的性能。
优选地，第一导流柱11的横截面形状为长度小于宽度的形状，以提高分配的效率；第二导流柱12的横截面形状为圆形，有利于工作人员依据设计目标的需要，调整第二导流柱12的压力降调节性能。进一步地，第一导流柱11的长度方向与流体的运动方向形成夹角，以提高分配效果。
进一步地，如图3所示，流场2包括第二分配区25，多个流道23分别通过第二分配区25与第一出口24连通。
可以理解的是，第二分配区25可以为流体进入第一出口24提供缓冲，以减少紊流的出现。
进一步地，如图1和图4所示，第一入口21与第一分配区22通过两个第一过渡孔17连通，第一出口24和第二分配区25通过两个第二过渡孔18连通。
可以理解的是，第一过渡孔17的开设会降低板体1的结构强度。通过两个第一过渡孔17连通第一入口21和第一分配区22，可以在满足多个流道23的流量需求的同时，减少第一过渡孔17对板体1结构的不利影响；第二过渡孔18的开设会降低板体1的结构强度。通过两个第二过渡孔18连通第一出口24和第二分配区25，可以在满足多个流道23的流量需求的同时，减少第二过渡孔18对板体1结构的不利影响。优选地，依据设计目标的需要，第一过渡孔17的数量还可以为三个、四个、五个等；依据设计目标的需要，第二过渡孔18的数量还可以为三个、四个、五个等。
进一步地，如图3所示，单极板包括第三导流柱13和第四导流柱14，多个第三导流柱13和多个第四导流柱14分别间隔排列安装于第二分配区25，多个第三导流柱13靠近安装于第一出口24，多个第四导流柱14靠近安装于多个流道23，多个第三导流柱13和多个第四导流柱14交错排列设置。
可以理解的是，第四导流柱14可以减少从多个流道23流出的气流之间相互干涉的情况，从而减少流场2内的紊流，进而可以调节流场2内的压力降，以使本发明可以依据设计目标调节流体的压力降，进而提高燃料电池的性能；第三导流柱13对气流起导向作用，有利于将气流导入第一出口24中。
进一步地，第一入口21的横截面面积小于第一出口24的横截面面积。
可以理解的是，当本发明的单极板作为氧极板使用时，第一出口24的横截面面积比第一入口21的横截面面积大，有利于排出反应产生的液态水，从而提高电堆电输出性能和耐久性。
进一步地，第一入口21的横截面面积大于第一出口24的横截面面积。
可以理解的是，当本发明的单极板作为氢极板使用时，第一入口21的横截面面积比第一出口24的横截面面积大，可以在增大流道23的横截面面积的情况下，提高流道23内的反应效率，进而提高极板反应活性面积比率。
优选地，如图1和图5所示，在单极板的拐角位置可以设置巡检片安装位16，以提高单极板的普适性。
优选地，如图1所示，单极板的工作面开设有密封槽19，密封槽19呈围绕流道23、第一出口24、第一入口21、第一分配区22和第二分配区25设置，以有利于密封件的安装，进而提高本发明的单极板的密封性能。
本发明的另一方面提供一种双极板，包括两个入上述实施例的单极板，两个单极板的工作面相背设置，两个流场2的第一入口21和第一出口24均贯穿两个单极板，两个单极板的流场2相对密封。
可以理解的是，如图4所示，两个单极板的工作面相背设置，使两个流场2分别与其他的双极板之间发生反应，以产生电能；第一入口21和第一出口24均贯穿两个单极板，有利于分别与其他的双极板的第一入口21和第一出口24连通，进而有利于燃料电池可以直接向连通的多个第一入口21充入氢气或氧气，并通过连通的多个第一出口24将反应后的氢气、氧气或水排出流场2；两个单极板的流场2相对密封，可以提高本发明的安全性能。
进一步地，如图4所示，单极板具有与工作面相背的冷却面，其中一个单极板为第一单极板100，另一单极板为第二单极板200，第一单极板100的冷却面开设有冷却槽3，两个冷却面贴合设置，以使冷却槽3与第二单极板200的冷却面围成冷却通道。
可以理解的是，冷却通道开设于单极板的冷却面，两个单极的冷却面贴合设置，使冷却槽3与第二单极板200的冷却面围成冷却通道，提高了冷却通道的密封性能，同时冷却通道可以供冷却液通过，提高双极板的冷却性能。
进一步地，如图4所示，冷却槽3的数量为多个，多个冷却槽3和多个流道23交错排列设置。
可以理解的是，多个冷却槽3和多个流道23交错排列设置，在保证了单极板的机械强度的同时，单极板整体厚度可以做得更薄，有利于减小燃料电池的整体体积。
在上述实施例中，如图5所示，单极板开设有第二入口31和第二出口32，冷却槽3的两端分别与第二入口31和第二出口32连通。
可以理解的是，单极板上的第二入口31与第二出口32可以分别与其他双极板的第二入口31和第二出口32连通，进而有利于燃料电池可以直接向连通的第二入口31充入冷却液，并经过冷却通道，从而对流场2起冷却作用。
进一步地，第二入口31的横截面面积小于第二出口32的横截面面积。
可以理解的是，第二入口31的横截面面积小于第二出口32的横截面面积，有利于均匀散热；其次可以降低燃料电池系统内循环水泵的负荷，从而提升燃料电池系统整体工作效率。
优选地，双极板的厚度在1.2mm～1.6mm之间。
优选地，两个单极板可以在对应位置开设横截面形状相同的定位孔15，定位孔15可以在两个单极板组装成双极板时起定位作用。
本发明的单极板的使用过程为：向第一入口21充入氢气，使氢气气流依次通过第一入口21、第一分配区22，在第一导流柱11的分配作用，氢气气流均匀通过相邻的第一导流柱11之间的间隔，进入第二导流柱12；第二导流柱12对氢气气流产生压力降调节作用，使氢气气流通过流道23时可以保持一定的压力降，并在流道23中与氧气发生电极反应，提供电能；氢气气流最后经过第二分配区25和第一出口24，离开流场2。
综上，本发明实施例提供一种单极板，其流体可以经流场2的第一入口21进入第一分配区22；靠近安装于第一入口21的第一导流柱11先对流体产生分配作用，有利于流体均匀经过相邻的第一导流柱11的间隔并进入流道23以进行反应，从而提高本发明的有效反应活性面积比率，以提高燃料电池的性能；与第一导流柱11交错排列的第二导流柱12可以改变流体的压力降，通过改变第二导流柱12子的横截面形状，本发明可以依据设计目标调节流体的压力降，以有利于提高燃料电池的性能。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种单极板，其特征在于，包括板体和流场，所述流场开设于所述板体的工作面，所述流场包括依次连通的第一入口、第一分配区、多个流道和第一出口，多个第一导流柱和多个第二导流柱分别间隔排列安装于所述第一分配区，多个所述第一导流柱靠近安装于所述第一入口，多个所述第二导流柱靠近安装于多个所述流道，多个所述第一导流柱和多个所述第二导流柱交错排列设置。
2.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述第一导流柱的横截面面积大于所述第二导流柱的横截面面积。
3.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述流场包括第二分配区，多个所述流道分别通过所述第二分配区与所述第一出口连通。
4.根据权利要求3所述的单极板，其特征在于，所述第一入口与所述第一分配区通过两个第一过渡孔连通，所述第一出口和所述第二分配区通过两个第二过渡孔连通。
5.根据权利要求3所述的单极板，其特征在于，所述单极板包括第三导流柱和第四导流柱，多个所述第三导流柱和多个所述第四导流柱分别间隔排列安装于所述第二分配区，多个所述第三导流柱靠近安装于所述第一出口，多个所述第四导流柱靠近安装于多个所述流道，多个所述第三导流柱和多个所述第四导流柱交错排列设置。
6.根据权利要求1至5任一项所述的单极板，其特征在于，所述第一入口的横截面面积小于所述第一出口的横截面面积。
7.根据权利要求1至5任一项所述的单极板，其特征在于，所述第一入口的横截面面积大于所述第一出口的横截面面积。
8.一种双极板，其特征在于，包括两个如权利要求1至6任一项所述的单极板，两个所述单极板的工作面相背设置，两个所述流场的所述第一入口和所述第一出口均贯穿两个所述单极板，两个所述单极板的所述流场相对密封。
9.根据权利要求8所述的双极板，其特征在于，所述单极板具有与所述工作面相背的冷却面，其中一个所述单极板为第一单极板，另一所述单极板为第二单极板，所述第一单极板的冷却面开设有冷却槽，两个所述冷却面贴合设置，以使所述冷却槽与所述第二单极板的冷却面围成冷却通道。
10.根据权利要求9所述的双极板，其特征在于，所述冷却槽的数量为多个，多个所述冷却槽和多个所述流道交错排列设置。
11.根据权利要求9所述的双极板，其特征在于，所述单极板开设有第二入口和第二出口，所述冷却槽的两端分别与所述第二入口和所述第二出口连通。
12.根据权利要求11所述的双极板，其特征在于，所述第二入口的横截面面积小于所述第二出口的横截面面积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 314000 Room 501-2, Building 37, Hangzhou Bay New Economic Park, Port District, Jiaxing City, Zhejiang Province Applicant after: Guohong Hydrogen Energy Technology (Jiaxing) Co.,Ltd. Address before: No.9, Nanyuan District, Foshan (Yunfu) industrial transfer industrial park, Silao Town, Yuncheng district, Yunfu City, Guangdong Province Applicant before: Guangdong Guohong Hydrogen Energy Technology Co.,Ltd. |
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| CB02 | Change of applicant information |