CN116706173A - 电堆用膜电极及电堆和增加电堆公用管道流体扰动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电堆用膜电极及电堆和增加电堆公用管道流体扰动的方法,其中,电堆用膜电极包括膜电极本体,膜电极本体上设有用于形成公用管道的组成部分的第一通孔,膜电极的位于第一通孔的侧壁向第一通孔的内侧延伸形成至少一个第一凸起。由此,当该电堆用膜电极用于电堆中时,由于其在第一通孔的侧壁向内延伸形成第一凸起,使得由膜电极的第一通孔和双极板的通孔一起形成的电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起的扰动,使得流经公用管道中的流体因受到第一凸起的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池电堆技术领域,具体涉及一种电堆用膜电极及电堆和增加电堆公用管道流体扰动的方法。
背景技术
电堆是发生电化学反应的场所,也是燃料电池动力系统核心部分,由多个单体电池以串联方式层叠组合构成。将双极板与膜电极交替叠合,各单体之间嵌入密封件,经前、后端板压紧后用螺杆紧固拴牢,即构成燃料电池电堆。
为了保证燃料电池电堆的正常工作,在双极板和膜电极上设置有通孔,以通过这些通孔形成燃料电池电堆的、供流体流动的公用管道。
但是,由于受流体的密度、流动速度等因素的影响,公用管道中的流体的均匀性较差,降低了流体的使用效果。
发明内容
为了解决燃料电池电堆的公用管道中流体均匀性差的问题,发明人对组成电堆的部件进行了大量的研究和试验,在试验过程中,发明人发现,对膜电极的形成公用管道的通孔的形状进行改造,可以影响公用管道中流体的流动,为此,根据本发明的一个方面,提供了一种电堆用膜电极。
该电堆用膜电极包括膜电极本体,膜电极本体上设有用于形成公用管道的组成部分的第一通孔,膜电极的位于第一通孔的侧壁向第一通孔的内侧延伸形成至少一个第一凸起。
由此,当该电堆用膜电极用于电堆中时,由于其在第一通孔的侧壁向内延伸形成第一凸起,使得由膜电极的第一通孔和双极板的通孔一起形成的电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起的扰动,使得流经公用管道中的流体因受到第一凸起的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
在一些实施方式中,第一凸起设在第一通孔的转角处。由于公用管道的横截面的转角处的流体因受到公用管道的表面的摩擦力的影响,一般流速会减慢,本发明通过在膜电极的形成公用管道的第一通孔的转角处设置第一凸起,可以增加公用管道的转角处的流体的扰动,提高了流经公用管道中的流体的均一性。
在一些实施方式中,第一凸起设置在第一通孔的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧。由于公用管道的横截面的边缘处的流体因受到公用管道的表面的摩擦力的影响,一般流速会减慢,本发明通过在膜电极的形成公用管道的第一通孔的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧设置第一凸起,可以增加公用管道的边缘处的流体的扰动,提高了流经公用管道中的流体的均一性。
在一些实施方式中,第一凸起设置在靠近电堆用膜电极的底部的位置。由于公用管道的底部的流体因受到公用管道的表面的摩擦力的影响,一般流速会减慢,本发明通过在膜电极的形成公用管道的第一通孔的底部设置第一凸起,可以增加公用管道的底部的流体的扰动,提高了流经公用管道中的流体的均一性。
在一些实施方式中,第一凸起至少设有两个,且在相邻两个第一凸起之间形成第一凹槽。由于在相邻两个第一凸起之间设置有两个第一凹陷,使得形成的公用管道在第一凹陷处的横截面改变,使得公用管道中的液态水在流经第一凹陷处时流速改变,从而使公用管道中的水优先从第一凹陷处流过,提高了电堆的公用管道的排水效率。优选的,当第一凸起设置在第一通孔的转角处时,由于公用管道在使用过程中产生的少量的水会优先聚集在转角处,转角处的相邻两个第一凸起之间的第一凹槽能够及时将聚集在此处的水排出。优选的,当第一凸起设置在第一通孔的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧时,由于公用管道在使用过程中产生的少量的水会优先聚集在公用管道的边缘处,边缘处的相邻两个第一凸起之间的第一凹槽能够及时将聚集在此处的水排出。优选的,当第一凸起设置在靠近电堆用膜电极的底部的位置时,第一凹槽在公用管道中形成的凹槽能够使在公用管道中产生的少量的水优先聚集在此处,以便于将及时将公用管道在使用过程中形成的水排出。
在一些实施方式中,第一凸起的横截面的形状可以为圆形、矩形、梯形、三角形或其他形状。优选的,第一凸起的横截面的形状为三角形。由此,可以增加第一凸起对公用管道中的流体的扰动量。
在一些实施方式中,第一凸起的边缘为圆角过渡。由此,可以使第一凸起对公用管道中流体的扰动较为平缓。
在一些实施方式中,第一凹槽的横截面的形状为半圆形、梯形或矩形。由于第一凹槽的形状较为简单,可以便于公用管道中产生的水的及时排出。
在一些实施方式中,第一凹槽的边缘为圆角过渡。由此,可以保证公用管道中的液态水能够快速从第一凹槽中流过。
在一些实施方式中,第一凹槽的面积为所有第一凸起的面积总和的1/3~1/4。由此,在保证第一凸起的物理强度和对流体的扰动强度的同时,保证第一凹槽的水流通过量。
根据本发明的一个方面,提供了一种电堆。该电堆包括双极板和前述的电堆用膜电极;其中,双极板设在相邻的电堆用膜电极之间,且双极板设有与第一通孔对应的第二通孔。
由于电堆用膜电极在第一通孔的侧壁向内延伸形成第一凸起,使得由膜电极的第一通孔和双极板的通孔一起形成的电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起的扰动,使得流经公用管道中的流体因受到第一凸起的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
根据本发明的又一个方面,提供了一种增加电堆公用管道流体扰动的方法。该增加电堆公用管道流体扰动的方法包括在电堆中使用前述的电堆用膜电极。由于电堆用膜电极在第一通孔的侧壁向内延伸形成第一凸起,使得电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
附图说明
图1为本发明一实施方式的电堆用膜电极的结构示意图;
图2为图1所示电堆用膜电极另一视角的结构示意图;
图3为图2所示电堆用膜电极的A处放大结构示意图;
图4为图2所示电堆用膜电极的B处放大结构示意图;
图5为本发明一实施方式的电堆中的膜电极与双极板的配合结构示意图;
附图标记:20、膜电极本体;21、第一通孔;22、第一凸起;23、第一凹槽;30、双极板;31、第二通孔。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
还需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”,不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本文中所用的术语一般为本领域技术人员常用的术语,如果与常用术语不一致,以本文中的术语为准。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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,都属于本发明保护的范围。
图1至图4示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的电堆用膜电极。
如图1至图4所示,该电堆用膜电极包括膜电极本体20,膜电极本体20上一体成形或加工有用于形成燃料电池电堆的公用管道的组成部分的第一通孔21,膜电极的位于第一通孔21的侧壁向第一通孔21的内侧延伸形成至少一个第一凸起22。
当该电堆用膜电极用于电堆中时,由于其在第一通孔21的侧壁向内延伸形成第一凸起22,使得由膜电极的第一通孔21和双极板30的通孔一起形成的电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起22的扰动,使得流经公用管道中的流体因受到第一凸起22的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
在一些优选实施例中,继续参考图1至图4所示,第一凸起22设在第一通孔21的转角处。由于公用管道的横截面的转角处的流体因受到公用管道的表面的摩擦力的影响,流速减慢,本发明通过在膜电极的形成公用管道的第一通孔21的转角处设置第一凸起22,可以增加公用管道的转角处的流体的扰动,使流体在流经此处时因受到第一凸起22的扰动而形成湍流,提高了流经公用管道中的流体的均一性和使用效能。进一步的,第一凸起22设置在第一通孔21的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧。由于公用管道的横截面的边缘处的流体因受到公用管道的表面的摩擦力的影响,流速减慢,本发明通过在膜电极的形成公用管道的第一通孔21的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧设置第一凸起22,可以增加公用管道的边缘处的流体的扰动,使流体在流经此处时因受到第一凸起22的扰动而形成湍流,提高了流经公用管道中的流体的均一性。优选的,第一凸起22设置在靠近电堆用膜电极的底部的位置。由于公用管道的底部的流体因受到公用管道的表面的摩擦力的影响,一般流速会减慢,本发明通过在膜电极的形成公用管道的第一通孔21的底部设置第一凸起22,可以增加公用管道的底部的流体的扰动,使流体在流经此处时因受到第一凸起22的扰动而形成湍流,提高了流经公用管道中的流体的均一性。优选的,第一凸起22的形状为三角形,即第一凸起22的横截面的形状为三角形,由于自第一通孔21的表面向内延伸形成三角形的第一凸起22时,其两侧仍能够供流体通过,可以增加第一凸起对公用管道中的流体的扰动量。优选的,第一凸起22的边缘为圆角过渡。由此,可以使第一凸起22对公用管道中流体的扰动较为平缓。
在一些优选实施例中,如图1至图4所示,第一凸起22至少设有两个,且在相邻两个第一凸起22之间形成第一凹槽23。由于在相邻两个第一凸起22之间设置有两个第一凹陷,使得形成的公用管道在第一凹陷处的横截面改变,公用管道中的液态水在流经第一凹陷处时流速改变,即公用管道在第一凹陷处的横截面积小于公用管道在其他位置的横截面积,使得公用管道中的液态水在沿公用管道的延伸方向上存在压力梯度,公用管道中的液态水在第一凹陷处的流速增快,从而使公用管道中的水优先从第一凹陷处流过,提高了电堆的公用管道的排水效率;特别是,当第一凸起22设置在第一通孔21的转角处和第一通孔21的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧时,由于第一凹槽23在公用管道中形成的凹槽能够使在公用管道中产生的少量的水优先聚集在此处,设置在相邻的两个第一凸起22之间的第一凹槽23能够加快第一通孔21转角处的液态水的流速,从而避免第一通孔21转角处和第一通孔21的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧的液态水难以排出的问题;尤其是,当第一凸起22设置在靠近电堆用膜电极的底部的位置时,第一凹槽23在公用管道中形成的凹槽能够使在公用管道中产生的少量的水优先聚集在此处,而位于第一凹槽23的两侧的第一凸起22能够提高此处流体的扰动,从而可以提高液态水的流速,此外,由于公用管道位于此处的横截面积小于其他处的横截面积,加快第一凹槽23处的液态水的流速,可以避免杂质在该处堆积。优选的,第一凹槽23的形状为半圆形、梯形或矩形,即第一凹槽23的横截面的形状为半圆形、梯形或矩形。由于第一凹槽23的形状较为简单,可以便于公用管道中产生的水的及时排出。优选的,第一凹槽23的边缘为圆角过渡。由此,可以保证公用管道中的液态水能够快速从第一凹槽23中流过。优选的,第一凹槽23的面积为所有第一凸起22的面积总和的1/3~1/4。由此,在保证第一凸起22的物理强度和对流体的扰动强度的同时,保证第一凹槽23的水流通过量。
图5示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的电堆中的膜电极与双极板30的配合结构。
如图5所示,该电堆包括双极板30和前述的电堆用膜电极;其中,双极板30设在相邻的电堆用膜电极之间,且双极板30设有与第一通孔21对应的第二通孔31。
由于电堆用膜电极在第一通孔21的侧壁向内延伸形成第一凸起22,使得由膜电极的第一通孔21和双极板30的通孔一起形成的电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起22的扰动,使得流经公用管道中的流体因受到第一凸起22的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
根据本发明的一个方面,提供了一种增加电堆公用管道流体扰动的方法。该增加电堆公用管道流体扰动的方法包括在电堆中使用前述的电堆用膜电极。由于电堆用膜电极在第一通孔21的侧壁向内延伸形成第一凸起22,使得电堆的公用管道中的流体在流动时,会受到第一凸起22的扰动而形成湍流,从而提高了流经公用管道中的流体的均一性,提高了流体的使用效能。
在本发明中,连接或安装在没有特殊强调的情况下为固定连接。固定连接可以实现为现有技术中常用的可拆卸连接或不可拆卸连接。可拆卸连接可以采用现有技术实现,例如螺纹连接或键连接等方式。不可拆卸连接也可以采用现有技术实现,例如焊接或胶粘等方式。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.电堆用膜电极,其特征在于,包括:
膜电极本体,所述膜电极本体上设有用于形成公用管道的组成部分的第一通孔,所述膜电极的位于第一通孔的侧壁向所述第一通孔的内侧延伸形成至少一个第一凸起;
其中,所述第一凸起至少设有两个,且在相邻两个第一凸起之间形成第一凹槽。
2.根据权利要求1所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凸起设在所述第一通孔的转角处。
3.根据权利要求1或2所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凸起设置在第一通孔的靠近电堆用膜电极的边缘的一侧,且第一凸起设置在靠近电堆用膜电极的底部的位置。
4.根据权利要求3所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凸起的横截面的形状为三角形。
5.根据权利要求4所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凸起的边缘为圆角过渡。
6.根据权利要求3所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凹槽的横截面的形状为半圆形、梯形或矩形。
7.根据权利要求6所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凹槽的边缘为圆角过渡。
8.根据权利要求3所述的电堆用膜电极,其特征在于,所述第一凹槽的面积为所有第一凸起的面积总和的1/3~1/4。
9.电堆,其特征在于,包括:
双极板;
和权利要求1至8任一项所述的电堆用膜电极;其中,
所述双极板设在相邻的电堆用膜电极之间,且所述双极板设有与所述第一通孔对应的第二通孔。
10.增加电堆公用管道流体扰动的方法,其特征在于,包括在电堆中使用权利要求1至8任一项所述的电堆用膜电极。
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PB01 | Publication | ||
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