CN208806305U - 一种燃料电池阳极流场板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃料电池阳极流场板，包括阳极流场板本体，所述阳极流场板本体正面设置有条状导流槽，在阳极流场板本体一端设置有氢气入口总流道、冷却液出口总流道和空气出口总流道，在阳极流场板本体另一端设置有空气入口总流道、冷却液入口总流道和氢气出口总流道，在所述氢气入口总流道、冷却液出口总流道和空气入口总流道与条状导流槽之间，以及空气出口总流道、冷却液入口总流道和氢气出口总流道与条状导流槽之间均设置有等压差分流区。本实用新型不但能够提高氢气的分布均匀度，还能使得反应生成的反渗透水更容易排出，保持了反应区湿度，简化燃料电池系统，电堆内部一致性更好，改善电堆内部热分布与热平衡，提升燃料电池的比功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种燃料电池，特别是一种燃料电池阳极流场板。
背景技术
目前，氢空燃料电池是一种将氢气和空气中的氧气在催化剂的作用下发生电化学反应，转化成电能，生成水的装置。而双极板的设计是燃料电池电堆的核心技术之一，双极板主要功能是支撑、气体扩散层等组件，导流分配反应气体，收集电流，传导热量，排出反应后的气体和水。质子交换膜双极板由氢气流场板和空气流场板组合而成，而流场板的设计水平，会影响到氧化剂、还原剂和冷却剂在燃料电池中的运行，进而影响到反应的均匀性、反应温度和气流流动的速率，最终影响到燃料电池的性能和效率。
现有的氢气流场板流场结构多采用单一的蛇形流道、平行流道等，根据燃料电池工作原理，阴极侧产生的水会通过质子交换膜反渗透到阳极，阳极的氢气流场不只给氢气导流，还要将反渗透过来的多余的水排出。常规的蛇形流道在拐角处容易积水，形成排气阻力，导致排水和排气不畅，最终水会越积越多，造成燃料电池水淹。平行流道可解决这问题，但是氢气流速很快，平行流道路径短，氢气在反应区域停留时间短，在排气时，不仅带走流道里多余氢气，还把质子交换膜中的水分也带走，导致膜干，性能下降，甚至会烧堆。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种有效提高氢气分布均匀度且能保证阳极反应区域排水性、湿度、热交换能力和热分布均匀的燃料电池阳极流场板。
本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种燃料电池阳极流场板，包括阳极流场板本体，在所述阳极流场板本体正面设置有多道平行布置的且通过隔条分离的条状导流槽，在所述阳极流场板本体一端从上至下依次设置有氢气入口总流道、冷却液出口总流道和空气出口总流道，在阳极流场板本体另一端从上至下依次设置有空气入口总流道、冷却液入口总流道和氢气出口总流道，在所述氢气入口总流道、冷却液出口总流道和空气入口总流道与条状导流槽之间，以及空气出口总流道、冷却液入口总流道和氢气出口总流道与条状导流槽之间均设置有等压差分流区。
其中，所述等压差分流区为一端与多个隔条连接的多个连接条，所述多个连接条的另一端与设置在阳极流场板本体上的进气口或出气口连接。
为了便于排除反渗透水，在所述空气出口总流道重力方向处和氢气出口总流道重力方向处均设置有排水导流槽。
为了保证反应区域环境温度适宜，在所述阳极流场板本体背面设置有至少两条冷却液流道，所述冷却液流道呈连续S弯曲布置，所述冷却液流道的两端分别与冷却液入口总流道和冷却液出口总流道连通。
进一步，所述冷却液流道包括高温区域、低温区域和中温区域，所述高温区域位于阳极流场板本体中心位置、靠近空气出口总流道位置和靠近氢气出口总流道位置；所述低温区域位于阳极流场板本体外围、靠近氢气入口总流道位置和空气入口总流道；剩余区域为中温区域。
为了保证搭桥强度，在所述阳极流场板本体背面且位于氢气入口总流道和氢气出口总流道的内侧均设置有搭桥，在所述搭桥上设置有桥墩式支撑。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有结构设计巧妙、成本低廉、使用可靠的优点，采用它不但能够提高氢气的分布均匀度，同时，还能使得反应生成的反渗透水更容易排出，并且，还保持了反应区湿度，实现自增湿，减少了外部增湿器部件，简化了燃料电池系统，降低了成本，电堆内部一致性更好、寿命更长，改善电堆内部热分布与热平衡，减小了电堆系统功率，提升反应效率和对外输出，提升了燃料电池的比功率。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为本实用新型的正面结构示意图；
图2为本实用新型的背面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，但本实用新型并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或替代，仍属于本实用新型权利要求所要求保护的范围。
实施例1：如图1、2所示，一种燃料电池阳极流场板，包括阳极流场板本体1，在所述阳极流场板本体1正面设置有多道平行布置的且通过隔条9分离的条状导流槽2，在所述阳极流场板本体1一端从上至下依次设置有氢气入口总流道3、冷却液出口总流道4和空气出口总流道6，在阳极流场板本体1另一端从上至下依次设置有空气入口总流道5、冷却液入口总流道7和氢气出口总流道8，在所述氢气入口总流道3、冷却液出口总流道4和空气入口总流道5与条状导流槽2之间，以及空气出口总流道6、冷却液入口总流道7和氢气出口总流道8与条状导流槽2之间均设置有等压差分流区A。
在本实用新型中，所述阳极流场板本体1的材质分金属流场板和复合材料流场板结构。其中，金属板通常为钣金冲压成形或机加成型；复合材料流场板通常为机加去除材料的方式或通过注塑成形。
所述等压差分流区A为与条状导流槽2连接使燃料电池阳极气体进入流场板后流量能均匀分布，且在外部氢气循环泵协助下控制阳极反应气体流速，让流场板反应区域多余水分排出，防止水淹，提高燃料电池寿命，并且能保证质子交换膜的湿度，提高燃料电池功率输出，所述条状导流槽2的深度与宽带数据应通过计算对应单片燃料电池功率与流场板有效反应面积获得。
其中，所述等压差分流区A为一端与多个隔条9连接的多个连接条10，所述多个连接条10的另一端与设置在阳极流场板本体1上的进气口11或出气口12连接。
进一步，在所述空气出口总流道6重力方向处和氢气出口总流道8重力方向处均设置有排水导流槽13。通过排水导流槽13能够使反应区域水分在排除流场区域后能顺利排除电堆。
进一步，在所述阳极流场板本体1背面设置有至少两条冷却液流道14，所述冷却液流道14呈连续S弯曲布置，所述冷却液流道14的两端分别与冷却液入口总流道7和冷却液出口总流道4连通。所述冷却液流道14能提高冷却效果，降低反映区域温差，提高反应区域平均温度，提升催化剂反应效率，降低外部水泵功率与散热器功率，提升电堆反应功率的同时，降低系统损耗，提升燃料电池系统对外输出功率。
进一步描述，所述冷却液流道14包括高温区域B、低温区域C和中温区域D，所述高温区域B位于阳极流场板本体1中心位置、靠近空气出口总流道6位置和靠近氢气出口总流道8位置；所述低温区域C位于阳极流场板本体1外围、靠近氢气入口总流道3位置和空气入口总流道5；剩余区域为中温区域D。
所述冷却液流道14能提高冷却效果，降低反映区域温差，提高反应区域平均温度，提升催化剂反应效率，降低外部水泵功率与散热器功率，提升电堆反应功率的同时，降低系统损耗，提升燃料电池系统对外输出功率。
其中，两条或多条连续S弯曲规律为让冷却液优先通过流场板高温区域B，再通过流场板的中温区域D，最后通过流场板低温区域C。所述高温区域B包括阳极流场板本体1中心位置，容易热堆积，温度区间偏高，包括阴极、阳极扩反应气体排气口位置，此位置反应气体温度高于入口温度；所述低温区域C包括流场板外围区域，区域因能与外部不产生热量的介质进行热交换，温度区间较低，包括氢气入口总流道3、空气入口总流道5，进气区域温度相较于排气温度低；所述中温区域D为流场板其他区域。
为了保证机加、注塑类流场板搭桥强度，在所述阳极流场板本体1背面且位于氢气入口总流道3和氢气出口总流道8的内侧均设置有搭桥15，在所述搭桥15上设置有桥墩式支撑16。
Claims (6)
1.一种燃料电池阳极流场板，包括阳极流场板本体（1），在所述阳极流场板本体（1）正面设置有多道平行布置的且通过隔条（9）分离的条状导流槽（2），在所述阳极流场板本体（1）一端从上至下依次设置有氢气入口总流道（3）、冷却液出口总流道（4）和空气出口总流道（6），在阳极流场板本体（1）另一端从上至下依次设置有空气入口总流道（5）、冷却液入口总流道（7）和氢气出口总流道（8），其特征是：在所述氢气入口总流道（3）、冷却液出口总流道（4）和空气入口总流道（5）与条状导流槽（2）之间，以及空气出口总流道（6）、冷却液入口总流道（7）和氢气出口总流道（8）与条状导流槽（2）之间均设置有等压差分流区（A）。
2.如权利要求1所述的燃料电池阳极流场板，其特征是：所述等压差分流区（A）为一端与多个隔条（9）连接的多个连接条（10），所述多个连接条（10）的另一端与设置在阳极流场板本体（1）上的进气口（11）或出气口（12）连接。
3.如权利要求2所述的燃料电池阳极流场板，其特征是：在所述空气出口总流道（6）重力方向处和氢气出口总流道（8）重力方向处均设置有排水导流槽（13）。
4.如权利要求3所述的燃料电池阳极流场板，其特征是：在所述阳极流场板本体（1）背面设置有至少两条冷却液流道（14），所述冷却液流道（14）呈连续S弯曲布置，所述冷却液流道（14）的两端分别与冷却液入口总流道（7）和冷却液出口总流道（4）连通。
5.如权利要求4所述的燃料电池阳极流场板，其特征是：所述冷却液流道（14）包括高温区域（B）、低温区域（C）和中温区域（D），所述高温区域（B）位于阳极流场板本体（1）中心位置、靠近空气出口总流道（6）位置和靠近氢气出口总流道（8）位置；所述低温区域（C）位于阳极流场板本体（1）外围、靠近氢气入口总流道（3）位置和空气入口总流道（5）；剩余区域为中温区域（D）。
6.如权利要求5所述的燃料电池阳极流场板，其特征是：在所述阳极流场板本体（1）背面且位于氢气入口总流道（3）和氢气出口总流道（8）的内侧均设置有搭桥（15），在所述搭桥（15）上设置有桥墩式支撑（16）。
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