CN210015915U - 燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池，涉及燃料电池领域，该气流场板包括板体，进口分配区分布有多个第一点状凸起，进口分配区包括第一区域、第二区域和第三区域，位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角，位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为钝角，位于第二区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角小于位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角。能够将进入第二区域的一部分气体引导到第一区域或第三区域，从而减少从第一侧边的中部进入流道槽的气体的流量，减小了各个导流槽内的气体的流量差异，使分配区能够更均匀地将气体分配到各个导流槽。

Description

燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池

技术领域

本公开涉及燃料电池领域，特别涉及一种燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。

双极板是燃料电池中的重要结构，在燃料电池中通常包括叠置的多组双极板，每组双极板包括一个阴极板和一个阳极板，阴极板和阳极板上均有导流槽，分别用于引导氢气和空气（或氧气），阴极板和阳极板相互重叠形成冷却流道，相邻两组双极板之间夹有膜电极。

阴极板和阳极板上还有进气口，以阳极板为例，阳极板上有很多的导流槽，导流槽的一端通过分配区连通到进气口，由进气口提供的气体经由分配区流向各个导流槽。但目前的分配区并不能十分均匀地将气体分配到各个导流槽，从而影响燃料电池的效率。

实用新型内容

本公开实施例提供了一种燃料电池的气流场板、双极板和燃料电池，能够更为均匀地将气体分配到各个导流槽。所述技术方案如下：

第一方面，本公开实施例提供了一种燃料电池的气流场板，所述气流场板包括板体，所述板体具有进口分配区和流道区，所述流道区具有多条导流槽，所述导流槽与所述进口分配区连通，所述进口分配区具有构成所述进口分配区和所述流道区的交界的第一侧边和与所述第一侧边呈锐角的进气边，所述进口分配区包括沿所述第一侧边依次排列的第一区域、第二区域和第三区域，所述第一区域靠近所述第一侧边的第一端，所述第三区域靠近所述第一侧边的第二端，所述第一侧边的中点和所述进气边的中点的连线位于所述第二区域，所述进口分配区分布有多个第一点状凸起，所述第一点状凸起在所述板体上的正投影呈椭圆形，位于所述第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角，其中，所述第一点状凸起的长轴向量为，从所述第一点状凸起在所述板体上的正投影的长轴靠近所述进气边的一端指向另一端的向量，所述第一侧边向量为从所述第一侧边的第二端指向第一端的向量，位于所述第三区域的第一点状凸起的长轴向量与所述第一侧边向量的夹角为钝角，位于所述第二区域的第一点状凸起的长轴向量与所述第一侧边向量的夹角小于位于所述第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，或者大于位于所述第三区域的第一点状凸起的长轴向量与所述第一侧边向量的夹角。

可选地，所述第一侧边的第一端到所述进气边的距离小于所述第一侧边的第二端到所述进气边的距离，位于所述第三区域的至少部分第一点状凸起的长轴向量与所述第一侧边向量所呈夹角之大小与所述第一点状凸起到所述第一侧边的第二端之距离负相关。

可选地，至少部分第一点状凸起的长轴向量之长度与所述第一点状凸起到所述第一侧边的距离负相关。

可选地，位于所述第二区域的第一点状凸起的长轴向量平行。

可选地，所述第一区域与所述第二区域的交界为所述第一侧边的一个三等分点和所述进气边的一个三等分点的连线，所述第三区域与所述第二区域的交界为所述第一侧边的另一个三等分点和所述进气边的另一个三等分点的连线。

可选地，所述出口分配区具有构成所述出口分配区和所述流道区的交界的第二侧边和与所述第二侧边呈锐角的排气边，所述出口分配区设置有多个第二点状凸起，所述第二点状凸起在所述板体上的正投影呈椭圆形。

可选地，所述多个第二点状凸起的长轴向所述排气边延伸的延长线相互聚拢。

可选地，所述板体上具有沿所述进气边排列的两个进气口，所述进气边的中点位于所述两个进气口之间。

第二方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池的双极板，其包括如第一方面所述的燃料电池的气流场板。

第三方面，本公开实施例还提供了一种燃料电池，包括如前一方面所述的双极板。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

通过在板体上设置进口分配区和流道区，流道区具有多条导流槽，导流槽与进口分配区连通，进口分配区具有构成进口分配区和流道区的交界的第一侧边和与第一侧边呈锐角的进气边，使得从进气边送入的气体可以经由进口分配区从第一侧边处进入到多条导流槽中。由于进口分配区包括沿第一侧边依次排列的第一区域、第二区域和第三区域，位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角，可以将进入第一区域的气体向靠近第一侧边的第一端引导。位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为钝角，可以将进入第三区域的气体向靠近第一侧边的第二端引导。而位于第二区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角小于位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，或者大于位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，使得第二区域的第一点状凸起对气流有较大的阻挡作用，能够将进入第二区域的一部分气体引导到第一区域或第三区域，从而减少从第一侧边的中部进入流道槽的气体的流量，使从第一侧边的两端进入流道槽的气体的流量得到增大，减小了各个导流槽内的气体的流量差异，使得分配区能够更均匀地将气体分配到各个导流槽，提高燃料电池的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术中的一种燃料电池的气流场板的局部结构示意图；

图2是图1所示的燃料电池的气流场板的流场分布特征图；

图3是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的局部结构示意图；

图4是图3所示的燃料电池的气流场板的流场分布特征图；

图5是本公开实施例提供的另一种燃料电池的气流场板的局部结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

图1是相关技术中的一种燃料电池的气流场板的局部结构示意图。该气流场板为双极板中的阳极板或阴极板。如图1所示，该气流场板包括板体10，板体10具有进口分配区11和流道区12，流道区12具有多条导流槽121，导流槽121与进口分配区11连通。

进口分配区11具有构成进口分配区11和流道区12的交界的第一侧边11a和与第一侧边11a呈锐角的进气边11b。

在进口分配区11分布有多个点状凸起13，这些点状凸起13在板体10上的正投影呈椭圆形，各个点状凸起13的长轴均平行。这里点状凸起13的长轴是指点状凸起13在板体10上的正投影的长轴。由进气边11b进入进口分配区11的气体经过多个点状凸起13后从第一侧边11a处流进流道区12的导流槽121内。

图2是图1所示的燃料电池的气流场板的流场分布特征图。图2中示出了不同导流槽121的气体流量。图2中横坐标为导流槽121的编号，图1中最下方的导流槽121的编号为1，编号大小按导流槽121的排列顺序从下方向上方递增。纵坐标表示不同导流槽121中的气体流量与参考值的比。如图2所示，与第一侧边11a中部连通的导流槽121的气体流量明显高于与第一侧边11a两端连通的导流槽121的气体流量，该进口分配区11并不能十分均匀地将气体分配到各个导流槽，从而影响燃料电池的效率。

图3是本公开实施例提供的一种燃料电池的气流场板的局部结构示意图。该气流场板为双极板中的阳极板或阴极板中的任意一种。如图3所示，该气流场板包括板体10，板体10具有进口分配区11和流道区12，流道区12具有多条导流槽121，导流槽121与进口分配区11连通。进口分配区11具有构成进口分配区11和流道区12的交界的第一侧边11a和与第一侧边11a呈锐角的进气边11b。

进口分配区11包括沿第一侧边11a依次排列的第一区域Ⅰ、第二区域Ⅱ和第三区域Ⅲ。第一区域Ⅰ靠近第一侧边11a的第一端A，第三区域Ⅲ靠近第一侧边11a的第二端B，第一侧边11a的中点（如图3中的点C）和进气边11b的中点（如图3中的点D）的连线位于第二区域Ⅱ。

进口分配区11分布有多个第一点状凸起131，第一点状凸起131在板体10上的正投影呈椭圆形。位于第一区域Ⅰ的第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角。

其中，第一点状凸起131的长轴向量为，从第一点状凸起131在板体10上的正投影 的长轴靠近进气边11b的一端指向另一端的向量。图3中放大了第一区域Ⅰ中的一个第一点 状凸起131，并示出了其长轴向量，放大了第三区域Ⅰ中的一个第一点状凸起131，并示出 了其长轴向量

。第一侧边向量为从第一侧边11a的第二端B指向第一端A的向量，即向 量。

位于第三区域Ⅲ的第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量的夹角为钝角。

在图3中，位于第二区域Ⅱ的第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量的夹角小于位于第一区域Ⅰ的第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量的夹角。

在本公开另一种实现方式中，位于第二区域Ⅱ的第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量的夹角大于位于第三区域Ⅲ的第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量的夹角。

通过在板体上设置进口分配区和流道区，流道区具有多条导流槽，导流槽与进口分配区连通，进口分配区具有构成进口分配区和流道区的交界的第一侧边和与第一侧边呈锐角的进气边，使得从进气边送入的气体可以经由进口分配区从第一侧边处进入到多条导流槽中。由于进口分配区包括沿第一侧边依次排列的第一区域、第二区域和第三区域，位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角，可以将进入第一区域的气体向靠近第一侧边的第一端引导。位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为钝角，可以将进入第三区域的气体向靠近第一侧边的第二端引导。而位于第二区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角小于位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，或者大于位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，使得第二区域的第一点状凸起对气流有较大的阻挡作用，能够将进入第二区域的一部分气体引导到第一区域或第三区域，从而减少从第一侧边的中部进入流道槽的气体的流量，使从第一侧边的两端进入流道槽的气体的流量得到增大，减小了各个导流槽内的气体的流量差异，使得分配区能够更均匀地将气体分配到各个导流槽，提高燃料电池的效率。

图4是图3所示的燃料电池的气流场板的流场分布特征图。图4中示出了不同导流槽121的气体流量。对比图4和图2可以发现，采用图3中的第一点状凸起131的设计，明显降低了与第一侧边11a中部连通的导流槽121的气体流量，提高了与第一侧边11a两端连通的导流槽121的气体流量，使得各导流槽121中的气体流量更均衡，图3所示气流场板中，进口分配区11能够更均匀地将气体分配到各个导流槽121，有利于提高燃料电池的效率。

可选地，第一区域Ⅰ与第二区域Ⅱ的交界可以为第一侧边11a的一个三等分点和进气边11b的一个三等分点的连线（即图3中连接第一侧边11a和进气边11b的两条虚线中的一条），第三区域Ⅲ与第二区域Ⅱ的交界为第一侧边11a的另一个三等分点和进气边11b的另一个三等分点的连线（即图3中连接第一侧边11a和进气边11b的两条虚线中的另一条）。即第一侧边11a的两个三等分点和进气边11b的两个三等分点连成的不相交的两条线段将进口分配区11划分为第一区域Ⅰ、第二区域Ⅱ和第三区域Ⅲ。通常与这两条线段之间的区域连通的导流槽121的流量都是最高的，采用这样的方式划分第一区域Ⅰ、第二区域Ⅱ和第三区域Ⅲ，可以较好地降低流量最高的一部分导流槽121中的流量，提高均匀性。

如图3所示，板体10上可以具有沿进气边11b排列的两个进气口21，进气边11b的中点位于两个进气口21之间。通过设置两个进气口21，由于两个进气口21之间必然有一定间隔，而进气边11b的中点位于两个进气口21之间，这样就可以进一步减少流入第二区域Ⅱ的气体的流量，从而降低与第二区域Ⅱ连通的导流槽121中的流量。

如图3所示，第一侧边11a的第一端A到进气边11b的距离小于第一侧边11a的第二端B到进气边11b的距离。位于第三区域Ⅲ的至少部分第一点状凸起131的长轴向量与第一侧边向量所呈夹角之大小可以与第一点状凸起131到第一侧边11a的第二端B之距离负相关。根据图2可知，与第一侧边11a的靠近第二端B的区域连通的导流槽121中的流量尤其低，通过采用如上的布置方式，进入第三区域Ⅲ的气体可以顺着第三区域Ⅲ中的第一点状凸起131逐渐转变流向，使气体能够更容易地流向第一侧边11a的第二端B，这样就能够提高与第一侧边11a靠近第二端B的区域连通的导流槽121中的流量。

可选地，位于第二区域Ⅱ的第一点状凸起131的长轴向量可以平行。在第二区域Ⅱ的气流流量较大，将位于第二区域Ⅱ的第一点状凸起131的长轴向量都设置平行，不仅布置简单，而且可以将气流沿第二区域Ⅱ的第一点状凸起131的长轴向量引导，使气流进入第一区域Ⅰ或第三区域Ⅲ，可以进一步降低与第二区域Ⅱ连通的导流槽121中的流量。

如图3所示，至少部分第一点状凸起131的长轴向量之长度可以与第一点状凸起131到第一侧边11a的距离负相关。在长轴向量方向不变的情况下，第一点状凸起131的长轴向量的长度越短，第一点状凸起131对于气流的引导作用就越小，反之越强。在气流从进气边11b刚刚进入进口分配区11时，利用长轴向量较短的第一点状凸起131对气流进行引导，有利于气流向第一侧边11a的两端均匀扩散，均匀分散到进口分配区11，避免气流大量集中在中部。在气流到达第一侧边11a附件时，长轴向量较长的第一点状凸起131能够提供较强的引导作用，引导气流进入与第一侧边11a不同区域连通的导流槽121中。有利于使气体更均匀地分配到各个导流槽121，从而提高燃料电池的效率。

图5是本公开实施例提供的另一种燃料电池的气流场板的局部结构示意图。如图5所示，板体10还可以具有出口分配区14，导流槽121与出口分配区14连通，出口分配区14具有构成出口分配区14和流道区12的交界的第二侧边14a和与第二侧边14a呈锐角的排气边14b，出口分配区14设置有多个第二点状凸起132，第二点状凸起132在板体10上的正投影呈椭圆形。通过在出口分配区14设置第二点状凸起132，可以对排出流道区12的气体进行引流，有利于降低流阻，使剩余的气体能够顺利从排气边14b排出。

如图5所示，多个第二点状凸起132的长轴向排气边14b延伸的延长线可以相互聚拢。图5中仅示意性地用虚线示出了若干个第二点状凸起132的长轴向排气边14b延伸的延长线。第二点状凸起132的长轴是指第二点状凸起132在板体10上的正投影的长轴。通过聚拢的布置形式，将不同导流槽121排出的气体较好地引流到一起，使气体能够顺利从排气边14b排出。

如图5所示，板体10上对应排气边14b的位置还可以设置有排气口22，由排气边14b排出的气体可以汇集到排气口22排出气流场板。

本公开实施例还提供了一种燃料电池的双极板，该双极板包括如图3所示的气流场板。

该双极板中，阳极板和阴极板中的一个可以是图3所示的气流场板，或者阳极板和阴极板均是图3所示的气流场板。

本公开实施例还提供了一种燃料电池，该燃料电池包括前述的双极板。

通过在板体上设置进口分配区和流道区，流道区具有多条导流槽，导流槽与进口分配区连通，进口分配区具有构成进口分配区和流道区的交界的第一侧边和与第一侧边呈锐角的进气边，使得从进气边送入的气体可以经由进口分配区从第一侧边处进入到多条导流槽中。由于进口分配区包括沿第一侧边依次排列的第一区域、第二区域和第三区域，位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角，可以将进入第一区域的气体向靠近第一侧边的第一端引导。位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角为钝角，可以将进入第三区域的气体向靠近第一侧边的第二端引导。而位于第二区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角小于位于第一区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，或者大于位于第三区域的第一点状凸起的长轴向量与第一侧边向量的夹角，使得第二区域的第一点状凸起对气流有较大的阻挡作用，能够将进入第二区域的一部分气体引导到第一区域或第三区域，从而减少从第一侧边的中部进入流道槽的气体的流量，使从第一侧边的两端进入流道槽的气体的流量得到增大，减小了各个导流槽内的气体的流量差异，使得分配区能够更均匀地将气体分配到各个导流槽，提高燃料电池的效率。

以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池的气流场板，其特征在于，所述气流场板包括板体（10），所述板体（10）具有进口分配区（11）和流道区（12），所述流道区（12）具有多条导流槽（121），所述导流槽（121）与所述进口分配区（11）连通，

所述进口分配区（11）具有构成所述进口分配区（11）和所述流道区（12）的交界的第一侧边（11a）和与所述第一侧边（11a）呈锐角的进气边（11b），

所述进口分配区（11）包括沿所述第一侧边（11a）依次排列的第一区域（Ⅰ）、第二区域（Ⅱ）和第三区域（Ⅲ），所述第一区域（Ⅰ）靠近所述第一侧边（11a）的第一端（A），所述第三区域（Ⅲ）靠近所述第一侧边（11a）的第二端（B），所述第一侧边（11a）的中点和所述进气边（11b）的中点的连线位于所述第二区域（Ⅱ），

所述进口分配区（11）分布有多个第一点状凸起（131），所述第一点状凸起（131）在所述板体（10）上的正投影呈椭圆形，

位于所述第一区域（Ⅰ）的第一点状凸起（131）的长轴向量与第一侧边向量的夹角为锐角，其中，所述第一点状凸起（131）的长轴向量为，从所述第一点状凸起（131）在所述板体（10）上的正投影的长轴靠近所述进气边（11b）的一端指向另一端的向量，所述第一侧边向量为从所述第一侧边（11a）的第二端（B）指向第一端（A）的向量，

位于所述第三区域（Ⅲ）的第一点状凸起（131）的长轴向量与所述第一侧边向量的夹角为钝角，

位于所述第二区域（Ⅱ）的第一点状凸起（131）的长轴向量与所述第一侧边向量的夹角小于位于所述第一区域（Ⅰ）的第一点状凸起（131）的长轴向量与第一侧边向量的夹角，或者大于位于所述第三区域（Ⅲ）的第一点状凸起（131）的长轴向量与所述第一侧边向量的夹角。

2.根据权利要求1所述的气流场板，其特征在于，所述第一侧边（11a）的第一端（A）到所述进气边（11b）的距离小于所述第一侧边（11a）的第二端（B）到所述进气边（11b）的距离，位于所述第三区域（Ⅲ）的至少部分第一点状凸起（131）的长轴向量与所述第一侧边向量所呈夹角之大小与所述第一点状凸起（131）到所述第一侧边（11a）的第二端（B）之距离负相关。

3.根据权利要求1所述的气流场板，其特征在于，至少部分第一点状凸起（131）的长轴向量之长度与所述第一点状凸起（131）到所述第一侧边（11a）的距离负相关。

4.根据权利要求1所述的气流场板，其特征在于，位于所述第二区域（Ⅱ）的第一点状凸起（131）的长轴向量平行。

5.根据权利要求1~4任一项所述的气流场板，其特征在于，所述第一区域（Ⅰ）与所述第二区域（Ⅱ）的交界为所述第一侧边（11a）的一个三等分点和所述进气边（11b）的一个三等分点的连线，所述第三区域（Ⅲ）与所述第二区域（Ⅱ）的交界为所述第一侧边（11a）的另一个三等分点和所述进气边（11b）的另一个三等分点的连线。

6.根据权利要求1~4任一项所述的气流场板，其特征在于，所述板体（10）还具有出口分配区（14），所述导流槽（121）与所述出口分配区（14）连通，所述出口分配区（14）具有构成所述出口分配区（14）和所述流道区（12）的交界的第二侧边（14a）和与所述第二侧边（14a）呈锐角的排气边（14b），所述出口分配区（14）设置有多个第二点状凸起（132），所述第二点状凸起（132）在所述板体（10）上的正投影呈椭圆形。

7.根据权利要求6所述的气流场板，其特征在于，所述多个第二点状凸起（132）的长轴向所述排气边（14b）延伸的延长线相互聚拢。

8.根据权利要求1~4任一项所述的气流场板，其特征在于，所述板体（10）上具有沿所述进气边（11b）排列的两个进气口（21），所述进气边（11b）的中点位于所述两个进气口（21）之间。

9.一种燃料电池的双极板，其特征在于，包括如权利要求1~8任一项所述的燃料电池的气流场板。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求9所述的双极板。

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