CN204834755U - 一种搭桥式金属双极板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种搭桥式金属双极板，包括氧板和氢板，所述氧板和氢板层叠设置，各进、出口的外围均设置有一圈密封圈槽用于放置密封圈，密封圈封闭气体进、出口与气体流场连接的气体分配流道表面，所述密封圈槽与所述气体分配流道的重叠位置还设置有一凹槽，所述凹槽内放置有与凹槽相匹配的支撑垫片，所述支撑垫片的上表面与密封圈槽的槽底齐平，支撑在所述密封圈的底部，下表面高于所述气体分配流道并作为所述气体分配流道的腔顶。本实用新型中由支撑垫片和密封圈槽的槽底共同形成密封圈的支撑面，确保密封圈不会因底部没有支撑而形变过大影响气密性；气体由支撑垫片底部形成的立体空腔自气体进口进入气体流场均匀分布或自流场进入气体出口，不影响气体的顺畅流动和分布。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池用金属双极板结构领域。
背景技术
燃料电池作为一种高效、环境友好的发电装置，在基站电源、中小型电站、电动车、备用电源、便携电源等方面，具有广阔的应用前景。燃料电池可以分为质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池、碱性燃料电池、固体氧化物燃料电池、熔融盐燃料电池、微生物燃料电池、生物燃料电池等。燃料电池主要由端板、集电板、双极板、膜电极等组成。
双极板是燃料电池的支架部分，主要起支撑、分布导流气体并隔离气体和集流导电的作用，目前做双极板的材料主要有两大类：一类是石墨做的双极板，一类是金属双极板。由于金属双极板具有质量轻、板材薄、易加工和规模生产等优点，越来越被用于燃料电池产业。金属双极板的加工工艺不同于传统的石墨双极板的加工工艺，金属双极板主要以板材冲压为主，所以金属双极板对燃料电池的气体流场的设计要求较高，气体流场的设计不但需要设计气体的均匀分布，而且要解决气体进出口密封性，密封不好会导致电堆内外漏气，造成电堆的性能下降和安全隐患。
传统的金属双极板在进气口处使用缺口式密封圈，然而由于密封圈的缺口处受力不均，随着电堆的使用密封圈机械性能下降，燃料气（空气或氧气）透过密封圈进入另一极的流道，这样电堆性能会下降和安全造成隐患，更严重时会导致电堆“烧堆”的现象出现。
专利CN201010288870.5公开的一种“冲压成型的质子交换膜绕聊电池金属双极板”，包括由金属薄板冲压成型的氧板和氢板，氧板不设置密封槽而仅在正面沿流场边缘设置一圈密封平台区，所述密封平台区位于流场边缘与该金属板的边缘之间并相对于金属板边缘所在的平面凸起，其内围呈矩形包围流场边缘、其外围呈矩形锯齿状连续并距金属板边缘一定距离且在四个边角处倒角；氢板正面设置密封槽，所述密封槽包括该板外围的封闭式凸起与紧邻的内围断续锯齿状凸起结构之间的凹槽、以及封闭式凸起与氢气进出口和冷却水进出口之间的凹槽。该发明的氧板和氢板在组装时，能够减少密封圈的使用，变形情况得到明显改善且密封效果好，极大的提高了组装效率。然而该发明中仅仅对两块金属板之间的结构进行改进，确保两板之间的液体流道密封性，对两块金属板的相背面未进行改进，气体流道与气体进出口之间的密封性问题仍然未能解决。
专利CN200810229694.0公开了一种质子交换膜燃料电池金属双极板，在双极板的阴、阳极腔水流进出口处垫有多个支撑垫片，既对密封胶起支撑作用，垫片之间又构成水流通道。该专利的主要目的是为了解决水流通道的密封胶支撑问题，而在气体进出口位置的密封圈底部垫设同样的支撑垫片，密封圈缺口位置同样存在受理不均的问题，并且由于支撑垫片的位置无法固定，还会影响到双极板的装配，进一步影响气体的分布。
发明内容
发明目的：本实用新型目的在于针对现有技术的不足，提供一种搭桥式金属双极板，既能保证气体进出口位置的密封圈的受力均匀，不发生形变，又能保证气体顺畅流动。
技术方案：本实用新型所述搭桥式金属双极板，包括氧板和氢板，所述氧板和氢板的两侧均分别设置有氧化剂气体进口、燃料气进口、冷却液进口和氧化剂气体出口、燃料气出口、冷却液出口；所述氧板和氢板层叠设置，各进、出口的位置一一相应并上下连通，所述氢板和氧板正面的槽分别在两板表面分布形成氢板气体流场和氧板气体流场，所述氢板和氧板背面的槽相互配合形成共用的冷却液流道，所述冷却液流道与两板的冷却液进口和冷却液出口连通，所述氧板气体流场的进、出口分别与两板的氧化剂气体进口和氧化剂气体出口连通，所述氢板气体流场的进、出口分别与两板的燃料气进口和燃料气出口连通；
所述各进、出口的外围均设置有一圈密封圈槽用于放置密封圈，密封圈封闭气体进、出口与气体流场连接的气体分配流道表面，所述密封圈槽与所述气体分配流道的重叠位置还设置有一凹槽，所述凹槽内放置有与凹槽相匹配的支撑垫片，所述支撑垫片的上表面与密封圈槽的槽底齐平，支撑在所述密封圈的底部，下表面高于所述气体分配流道并作为所述气体分配流道的腔顶。
本实用新型的原理是：为了保证燃料气进、出口和氧化剂气体进、出口的密封性，在各进、出口的外围设置一圈密封圈，而为了避免密封圈在气体分配流道的缺口位置受力不均导致形变，在密封圈的底部设置一个凹槽，凹槽内放置支撑垫片，由支撑垫片和密封圈槽的槽底共同形成密封圈的支撑面，由于支撑垫片的上表面与密封圈槽的槽底齐平，可确保支撑垫片整体受力均匀；支撑垫片的下表面高于气体分配流道并作为气体分配流道的腔顶，气体由支撑垫片底部形成的空腔自气体进口进入气体流场均匀分布或自流场进入气体出口。
本实用新型进一步优选地技术方案为，所述气体分配流道与气体流场的气体流道数量一致，每条气体分配流道的一端与对应的气体进口或气体出口连通，另一端分别与对应的气体流道连通，相邻两条气体分配流道之间的凸起平台的顶部与支撑垫片接触，形成三维支撑结构支撑所述支撑垫片。
优选地，所述气体分配流道、气体流场、密封圈槽、凹槽以及气体进、出口、冷却液进、出口为一体冲压成型。
优选地，所述凹槽的槽底距离所述密封圈槽的槽底的高度为0.04~1mm，所述支撑垫片的厚度与所述凹槽相匹配。
优选地，所述支撑垫片为金属薄片或非金属薄片。
优选地，所述支撑垫片焊接或粘接固定在所述凹槽内。
优选地，所述氧板气体流场为S形的阳极气体流场，至少由二条气体流道组成；所述氢板气体流场为S形的阴极气体流场，至少由二条气体流道组成；所述氢板和氧板的背面凹槽部分相配合形成S形的冷却液流道。
有益效果：（1）本实用新型中在密封圈槽与气体分配流道的重叠位置设置一凹槽，凹槽内放置与凹槽相匹配的支撑垫片，支撑垫片的上表面与密封圈槽的槽底齐平，由支撑垫片和密封圈槽的槽底共同形成密封圈的支撑面，确保密封圈不会因底部没有支撑而形变过大影响气密性，解决传统设计由于密封圈由于受力不均存在的漏气隐患问题，提高电堆的使用寿命，杜绝电堆内漏；同时支撑垫片的下表面高于气体分配流道并作为气体分配流道的腔顶，气体由支撑垫片底部形成的立体空腔自气体进口进入气体流场均匀分布或自流场进入气体出口，不影响气体的顺畅流动和分布；
（2）本实用新型中相邻两条气体分配流道之间的凸起平台的顶部与支撑垫片接触，由凸起平台形成三维支撑结构支撑在支撑垫片的底部，确保支撑垫片位置稳固，进一步确保支撑垫片上部的密封圈的稳固和受力均匀；
（3）本实用新型的气体分配流道、气体流场、密封圈槽、凹槽以及气体进、出口、冷却液进、出口为一体冲压成型，在加工双极板的同时同步冲压完成，便于加工，也便于电堆的组装，适用于规模化生产；
（4）本实用新型优化金属双极板的气体流道设计，可以使金属双极板流场设计更加多样化；
（5）本实用新型由两层板结构替代三层板结构，不但节约成本，而且使电堆结构简单化，轻便化，更便于双极板的规模化生产与加工。
附图说明
图1为本实用新型所述搭桥式金属双极板的结构示意图；
图2为本实用新型所述氧板的结构示意图；
图3为图2的A-A截面图。
具体实施方式
下面通过附图对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1：一种搭桥式金属双极板，包括冲压成型的氧板1和氢板2，氧板1和氢板2的两侧均分别冲压有氧化剂气体进口11、21，燃料气进口12、22，冷却液进口13、23和氧化剂气体出口14、24，燃料气出口15、25，冷却液出口16、26；氧板1和氢板2层叠设置，氧板1上的各进、出口11、12、13、14、15、16与氢板上的各进、出口21、22、23、24、25、26一一相应并上下连通，氢板2和氧板1正面的槽分别在两板表面分布形成氢板气体流场4和氧板气体流场3，氧板气体流场3为S形的阳极气体流场，氢板气体流场4为S形的阴极气体流场，阳极气体流场和阴极气体流场均分别由三条气体流道组成；氢板2和氧板1背面的槽相互配合形成共用的S形冷却液流道；
冷却液流道与两板的冷却液进口13、23和冷却液出口16、26连通，氧板气体流场3的进、出口分别与两板的氧化剂气体进口11、21和氧化剂气体出口14、24连通，氢板气体流场4的进、出口分别与两板的燃料气进口12、22和燃料气出口15、25连通；
各进、出口的外围均冲压成型有一圈密封圈槽5用于放置密封圈6，密封圈6封闭气体进、出口11、21、12、22、14、24、15、25与气体流场3、4连接的气体分配流道7表面，每条气体分配流道7的一端与对应的气体进口或气体出口连通，另一端分别与对应的气体流道连通，密封圈槽5与气体分配流道7的重叠位置还设置有一凹槽8，凹槽8的槽底距离密封圈槽5的槽底的高度为0.5mm，凹槽8内焊接有与凹槽8形状、大小相匹配的金属支撑垫片9，支撑垫片9的上表面与密封圈槽5的槽底齐平，支撑在密封圈6的底部，下表面高于气体分配流道7并作为气体分配流道7的腔顶，相邻两条气体分配流道7之间的凸起平台的顶部与支撑垫片9接触，形成三维支撑结构支撑垫片9。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
Claims (7)
1.一种搭桥式金属双极板，包括氧板和氢板，所述氧板和氢板的两侧均分别设置有氧化剂气体进口、燃料气进口、冷却液进口和氧化剂气体出口、燃料气出口、冷却液出口；所述氧板和氢板层叠设置，各进、出口的位置一一相应并上下连通，所述氢板和氧板正面的槽分别在两板表面分布形成氢板气体流场和氧板气体流场，所述氢板和氧板背面的槽相互配合形成共用的冷却液流道，所述冷却液流道与两板的冷却液进口和冷却液出口连通，所述氧板气体流场的进、出口分别与两板的氧化剂气体进口和氧化剂气体出口连通，所述氢板气体流场的进、出口分别与两板的燃料气进口和燃料气出口连通；其特征在于：
所述各进、出口的外围均设置有一圈密封圈槽用于放置密封圈，密封圈封闭气体进、出口与气体流场连接的气体分配流道表面，所述密封圈槽与所述气体分配流道的重叠位置还设置有一凹槽，所述凹槽内放置有与凹槽相匹配的支撑垫片，所述支撑垫片的上表面与密封圈槽的槽底齐平，支撑在所述密封圈的底部，下表面高于所述气体分配流道并作为所述气体分配流道的腔顶。
2.根据权利要求1所述的搭桥式金属双极板，其特征在于，所述气体分配流道与气体流场的气体流道数量一致，每条气体分配流道的一端与对应的气体进口或气体出口连通，另一端分别与对应的气体流道连通，相邻两条气体分配流道之间的凸起平台的顶部与支撑垫片接触，形成三维支撑结构支撑所述支撑垫片。
3.根据权利要求2所述的搭桥式金属双极板，其特征在于，所述气体分配流道、气体流场、密封圈槽、凹槽以及气体进、出口、冷却液进、出口为一体冲压成型。
4.根据权利要求1所述的搭桥式金属双极板，其特征在于，所述凹槽的槽底距离所述密封圈槽的槽底的高度为0.04~1mm，所述支撑垫片的厚度与所述凹槽相匹配。
5.根据权利要求1所述的搭桥式金属双极板，其特征在于，所述支撑垫片为金属薄片或非金属薄片。
6.根据权利要求1所述的搭桥式金属双极板，其特征在于，所述支撑垫片焊接或粘接固定在所述凹槽内。
7.根据权利要求1~6任一项所述的搭桥式金属双极板，其特征在于，所述氧板气体流场为S形的阳极气体流场，至少由二条气体流道组成；所述氢板气体流场为S形的阴极气体流场，至少由二条气体流道组成；所述氢板和氧板的背面凹槽部分相配合形成S形的冷却液流道。
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