CN206931655U - 一种增加交换膜有效面积的双极板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种增加交换膜有效面积的双极板，所述增加交换膜有效面积的双极板包括：氧气侧和氢气侧，所述氢气侧有氢气气体流场，氧气侧有氧气气体流场，所述氧气侧气体流场由多条氧气流道排列组成，所述氧气流道包括氧气沟槽和氧气流道脊，所述氧气沟槽和氧气流道脊相间平行排列，所述氢气侧气体流场由多条氢气流道排列组成，所述氢气流道包括氢气沟槽和氢气流道脊，所述氢气沟槽和氢气流道脊相间平行排列，所述氢气侧气体流场的脊和沟槽与氧气侧气体流场的脊和沟槽位置上下重合，排列方向一致且宽度相同，所述双极板立式摆放，氧气流道和氢气流道与水平面垂直。本实用新型对现有燃料电池双极板改进，增大了交换膜有效面积，提高转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体涉及一种增加交换膜有效面积的双极板流场设计方法。
背景技术
随着目前环境和资源问题日益严峻，能源的可持续发展显得尤为重要。燃料电池能将燃料中的化学能不经燃烧转化为电能，转化效率高，排放污染小。常见氢氧燃料电池双极板流场设计中氢气侧的脊和氧气侧的脊方向不同，气流方向不同，这种情况下两个双极板中间的交换膜的有效面积为：膜总面积-氢气侧脊面积和-氧气侧脊面积和。现需要设计一种能增加交换膜有效面积的双极板，提高能量转化效率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种增加交换膜有效面积的双极板，用以解决现有燃料电池交换膜有效面积小，转化效率低的问题。
为实现上述目的，本实用新型公开了一种增加交换膜有效面积的双极板。所述增加交换膜有效面积的双极板包括：氧气侧和氢气侧，所述氢气侧有氢气气体流场，氧气侧有氧气气体流场，所述氧气侧气体流场由多条氧气流道排列组成，所述氧气流道包括氧气沟槽和氧气流道脊，所述氧气沟槽和氧气流道脊相间平行排列，所述氢气侧气体流场由多条氢气流道排列组成，所述氢气流道包括氢气沟槽和氢气流道脊，所述氢气沟槽和氢气流道脊相间平行排列，所述氢气侧气体流场的脊与氧气侧气体流场的脊上下重合相对设置，排列方向一致且宽度相同，所述氢气侧气体流场的沟槽与氧气侧气体流场的沟槽导流方向相同，位置上下重合，宽度相同，所述增加交换膜有效面积的双极板在同一侧边缘开有进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔的中心连线与脊垂直，所述双极板立式摆放，氧气流道和氢气流道与水平面垂直。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氢气侧气体流场为多通道蛇形流道，所述多通道蛇形流道，每隔四条短脊就有一条长脊的一端与上边框或下边框相连，长脊的另一端与相邻边框之间为2mm的沟槽，所述长脊交错平行排列，一条长脊的一端与上边框相连，则相领两条长脊的一端与下边框相连，所述短脊的两端与相邻边框距离均为2mm。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氧气侧气体流场有多条与氧气流道垂直的通道，所述通道将脊均分为多段短脊，所述通道与氧气流道共同构成网格状流道。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板两侧气体流场的进气孔和出气孔均为通孔。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氢气侧气体流场在进气孔处设有流道入口，在出气孔处设有流道出口。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板氢气侧气体流场四周为密闭边框。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板上与氧气侧氧气流道平行的两侧边框为密闭的，另外两侧通透，气体可以顺畅通过。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氧气侧气体流场沟槽深度为1.5mm，宽2mm，脊宽为0.7mm，高度为1.5mm，所述氢气侧气体流场沟槽深度为1mm，宽2mm，脊宽为0.7mm，高度为1mm，所述双极板长度为120mm，宽为60mm，厚度为3.5mm，所述进气孔和出气孔的半径均为2.5mm。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板为石墨材质制成的双极板。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板堆叠摆放，一个双极板的氢气侧对应另一个双极板的氧气侧，上一个双极板的氢气侧气体流场和下一个双极板的氧气侧气体流场之间有质子交换膜。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板将交换膜被脊覆盖的面积减少将近一半，交换膜有效面积为膜总面积减去被氢气流道脊和氧气流道脊重合覆盖的膜面积，减去边框覆盖膜的面积。
本实用新型方法具有如下优点：
本实用新型公开的一种增加交换膜有效面积的双极板，解决原有交换膜有效面积小的问题，将交换膜被脊覆盖的面积减少将近一半，交换膜有效面积增大，能量转化效率得到提升，双极板立式位置摆放使生成的产物水能快速排出，气体流动更顺畅，能够防止元件损坏。
附图说明
图1为本实用新型公开的一种增加交换膜有效面积的双极板氢气侧结构图。
图2为本实用新型公开的一种增加交换膜有效面积的双极板氧气侧条形流道结构图。
图3为本实用新型公开的一种增加交换膜有效面积的双极板氧气侧网格状流道结构图。
图4为本实用新型公开的一种增加交换膜有效面积的双极板侧视图。
图5为本实用新型公开的一种增加交换膜有效面积的堆叠双极板俯视图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例1
参考图1，图2本实用新型公开了一种增加交换膜有效面积的双极板流场，所述增加交换膜有效面积的双极板包括：氧气侧和氢气侧，所述氢气侧有氢气气体流场，氧气侧有氧气气体流场，所述氧气侧气体流场由多条氧气流道排列组成，所述氧气流道包括氧气沟槽9和氧气流道脊8，所述氧气沟槽9和氧气流道脊8相间平行排列，所述氢气侧气体流场由多条氢气流道排列组成，所述氢气流道包括氢气沟槽2和氢气流道脊1，所述氢气沟槽2和氢气流道脊1相间平行排列，所述氢气侧气体流场的脊1与氧气侧气体流场的脊8上下重合相对设置，排列方向一致且宽度相同，所述氢气侧气体流场的沟槽2与氧气侧气体流场的沟槽9导流方向相同，位置上下重合且宽度相同，所述增加交换膜有效面积的双极板在同一侧边缘开有进气孔3和出气孔4，所述进气孔3和出气孔4的中心连线与脊垂直，所述氧气侧气体流场为条形流道，所述氢气侧气体流场为多通道蛇形流道，所述多通道蛇形流道，每隔四条短脊就有一条长脊的一端与上边框或下边框相连，长脊的另一端与相邻边框之间为2mm的沟槽，所述长脊交错平行排列，一条长脊的一端与上边框相连，则相邻两条长脊的一端与下边框相连，所述短脊的两端与相邻边框距离均为2mm。
参考图4所述增加交换膜有效面积的双极板在同一侧边缘开有进气孔3和出气孔4，所述进气孔3和出气孔4均为通孔。
参考图5，所述双极板堆叠摆放，一个双极板的氢气侧对应另一个双极板的氧气侧，上一个双极板的氢气侧气体流场和下一个双极板的氧气侧气体流场之间有质子交换膜7，堆叠在一起的双极板立式摆放，氧气流道和氢气流道与水平面垂直，吹风机摆放在堆叠双极板的上面，空气从双极板侧面吹入氧气侧条形气体流道。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氢气侧气体流场在进气孔3处设有流道入口5，在出气孔4处设有流道出口6。
具体地，未改进前双极板氢气侧流场和氧气侧流场的脊方向不同，两侧气体流向不同，交换膜的有效面积为膜总面积减去氢气流道脊1覆盖膜面积，减去氧气流道脊8覆盖膜面积，减去边框覆盖面积，现改进后双极板氢气侧气体流场的脊1和氧气侧气体流场的脊8上下重合，方向一致且宽度相同，交换膜的有效面积为膜总面积减去被氢气流道脊1和氧气流道脊8重合覆盖的膜面积，减去边框覆盖膜的面积。交换膜有效面积得到提升。
所述双极板氢气侧气体流场四周为密闭边框，保证氢气沿着流道进行流动，所述双极板上与氧气侧氧气流道平行的两侧边框为密闭的，另外两侧通透，气体可以顺畅通过。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氧气侧气体流场沟槽9深度为1.5mm，宽2mm，脊8宽为0.7mm，高度为1.5mm，所述氢气侧气体流场沟槽2深度为1mm，宽2mm，脊1宽为0.7mm，高度为1mm，所述双极板长度为120mm，宽为60mm，厚度为3.5mm，所述进气孔3和出气孔4的半径均为2.5mm。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板为石墨材质制成的双极板，导电性能更好。
实施例2
参考图1，图3本实用新型公开了一种增加交换膜有效面积的双极板流场，所述增加交换膜有效面积的双极板包括：氧气侧和氢气侧，所述氢气侧有氢气气体流场，氧气侧有氧气气体流场，所述氧气侧气体流场由多条氧气流道排列组成，所述氧气流道包括氧气沟槽9和氧气流道脊8，所述氧气沟槽9和氧气流道脊8相间平行排列，所述氢气侧气体流场由多条氢气流道排列组成，所述氢气流道包括氢气沟槽2和氢气流道脊1，所述氢气沟槽2和氢气流道脊1相间平行排列，所述氢气侧气体流场的脊1与氧气侧气体流场的脊8上下重合相对设置，排列方向一致且宽度相同，所述氢气侧气体流场的沟槽2与氧气侧气体流场的沟槽9导流方向相同，位置上下重合，宽度相同，所述增加交换膜有效面积的双极板在同一侧边缘开有进气孔3和出气孔4，所述进气孔3和出气孔4的中心连线与脊垂直，所述氧气侧气体流场为网格状流道，所述氢气侧气体流场为多通道蛇形流道，所述多通道蛇形流道，每隔四条短脊就有一条长脊的一端与上边框或下边框相连，长脊的另一端与相邻边框之间为2mm的沟槽，所述长脊交错平行排列，一条长脊的一端与上边框相连，则相邻两条长脊的一端与下边框相连，所述短脊的两端与相邻边框距离均为2mm，所述氧气侧气体流场有多条与氧气流道垂直的通道，所述通道将脊均分为多段短脊，所述通道与氧气流道共同构成网格状流道。
参考图4所述增加交换膜有效面积的双极板在同一侧边缘开有进气孔3和出气孔4，所述进气孔3和出气孔4均为通孔。
参考图5，所述双极板堆叠摆放，一个双极板的氢气侧对应另一个双极板的氧气侧，上一个双极板的氢气侧气体流场和下一个双极板的氧气侧气体流场之间有质子交换膜7，堆叠在一起的双极板立式摆放，氧气流道和氢气流道与水平面垂直，吹风机摆放在堆叠双极板的上面，空气从双极板侧面吹入氧气侧网格状气体流道，与氢气充分反应，有助于氢氧反应生产的产物水流出，使气体的流通更顺畅。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氢气侧气体流场在进气孔3处设有流道入口5，在出气孔4处设有流道出口6。
具体地，未改进前双极板氢气侧流场和氧气侧流场的脊方向不同，两侧气体流向不同，交换膜的有效面积为膜总面积减去氢气流道脊1覆盖膜面积，减去氧气流道脊8覆盖膜面积，减去边框覆盖面积，现改进后双极板氢气侧气体流场的脊1和氧气侧气体流场的脊8上下重合，方向一致且宽度相同，交换膜的有效面积为膜总面积减去被氢气流道脊1和氧气流道脊8重合覆盖的膜面积，减去边框覆盖膜的面积。交换膜的有效面积增大，且氧气侧气体流场为网格状流道能增大氧气的通入量，能量转化效率得到提升。
所述双极板氢气侧气体流场四周为密闭边框，保证氢气沿着流道进行流动，所述双极板上与氧气侧氧气流道平行的两侧边框为密闭的，另外两侧通透，气体可以顺畅通过。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述氧气侧气体流场沟槽2深度为1.5mm，宽2mm，脊1宽为0.7mm，高度为1.5mm，所述氢气侧气体流场沟槽2深度为1mm，宽2mm，脊1宽为0.7mm，高度为1mm，所述双极板长度为120mm，宽为60mm，厚度为3.5mm，所述进气孔3和出气孔4的半径均为2.5mm。
本实用新型公开的上述增加交换膜有效面积的双极板，所述双极板为石墨材质制成的双极板，导电性能更好。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述增加交换膜有效面积的双极板包括：氧气侧和氢气侧，所述氢气侧有氢气气体流场，氧气侧有氧气气体流场，所述氧气侧气体流场由多条氧气流道排列组成，所述氧气流道包括氧气沟槽和氧气流道脊，所述氧气沟槽和氧气流道脊相间平行排列，所述氢气侧气体流场由多条氢气流道排列组成，所述氢气流道包括氢气沟槽和氢气流道脊，所述氢气沟槽和氢气流道脊相间平行排列，所述氢气侧气体流场的脊与氧气侧气体流场的脊上下重合相对设置，排列方向一致且宽度相同，所述氢气侧气体流场的沟槽与氧气侧气体流场的沟槽导流方向相同，位置上下重合且宽度相同，所述增加交换膜有效面积的双极板在同一侧边缘开有进气孔和出气孔，所述进气孔和出气孔的中心连线与脊垂直，所述双极板立式摆放，氧气流道和氢气流道与水平面垂直。
2.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述氢气侧气体流场为多通道蛇形流道。
3.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述氧气侧气体流场有多条与氧气流道垂直的通道，所述通道将脊均分为多段短脊，所述通道与氧气流道共同构成网格状流道。
4.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述双极板两侧气体流场的进气孔和出气孔均为通孔。
5.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述氢气侧气体流场在进气孔处设有流道入口，在出气孔处设有流道出口。
6.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述双极板氢气侧气体流场四周为密闭边框。
7.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述双极板上与氧气侧氧气流道平行的两侧边框为密闭的，另外两侧通透，气体可以顺畅通过。
8.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述氧气侧气体流场沟槽深度为1.5mm，宽2mm，脊宽为0.7mm，高度为1.5mm，所述氢气侧气体流场沟槽深度为1mm，宽2mm，脊宽为0.7mm，高度为1mm，所述双极板长度为120mm，宽为60mm，厚度为3.5mm，所述进气孔和出气孔的半径均为2.5mm。
9.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述双极板为石墨材质制成的双极板。
10.如权利要求1所述的一种增加交换膜有效面积的双极板，其特征在于：所述双极板堆叠摆放，一个双极板的氢气侧对应另一个双极板的氧气侧，上一个双极板的氢气侧气体流场和下一个双极板的氧气侧气体流场之间有质子交换膜。
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