CN210296508U - 一种燃料电池双极板工质进/出口结构及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃料电池双极板工质进出口结构，设于双极板的进口段，进口段分别形成有镂空的阳极气体引入口、阴极气体引入口，双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道。本实用新型通过对燃料电池进出口截面形状和导流结构的设计，有效保障工质流动在流场板子通道内分配的均匀性，通过改变进口截面大小和布局，还能够有效的调节进入双极板两侧的总流量，使得反应气体能够均匀性流动，保证了燃料电池的两种反应气体能良好的流动和分配。

Description

一种燃料电池双极板工质进/出口结构及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池双极板工质进口结构及出口结构。

背景技术

燃料电池是将“燃料气体”的化学能直接转化为直流电能的能量转换器。相对于石墨板燃料电池，采用超薄不锈钢作为极板的燃料电池具有诸多优势，例如功率密度高、导热性能好、结构强度大等。金属双极板的上下两面一般通过冲压、金雕等工艺形成具有不同结构形式的流场，分别供阴阳极反应气体(如空气和氢氧)的流动。极板上的进口结构流入、通过出口结构流出，方便、高效的布置工质进出口结构有助于提高极板的利用率，提高燃料电池电堆的体功率密度。

一般金属双极板进气结构中，反应气体从双极板中间进入，然后再通过镂空结构透过极板，进入双极板的上下表面。这种结构进气空间狭小，压降较大，且焊接路径较为复杂。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提供了一种能够改进燃料电池双极板工质进出口反应气体流动的燃料电池进口、出口结构及相应的电池，具体为：

本实用新型提供一种燃料电池双极板工质进口结构，设于双极板的进口段，进口段分别形成有镂空的阳极气体引入口、阴极气体引入口，双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道；在形成所述阳极气体流道的所述双极板侧面进口段上，所述阳极气体引入口1与所述阳极气体流道入口11之间沿着阳极气体气流流动方向依次形成阳极气体入口导流区和阳极气体入口缓冲区11；所述阳极气体入口导流区形成多个渐扩的第一阳极导流道，所述多个第一阳极导流道的流通面积沿着阳极气体气流流动方向逐渐加大；在形成所述阴极气体流道的所述双极板侧面进口段上，所述阴极气体引入口2与所述阴极气体流道入口23之间沿着阴极气体气流流动方向依次形成阴极气体入口导流区和阴极气体入口缓冲区22；所述阴极气体入口导流区形成渐扩的多个第一阴极导流道，所述多个第一阴极导流道的流通面积沿着阴极气体气流流动方向逐渐加大；阴极气体引入口流通面积大于所述阳极气体引入口流通面积；第一阴极导流道流通面积大于第一阳极导流道流通面积。

可进一步优选的，阳极气体引入口设有两个，分别形成在双极板入口段的两侧；阴极气体引入口形成在所述2个阳极气体引入口之间。

可进一步优选的，第一阳极导流道由形成在双极板进口段所在侧面的第一突肋形成，第一阴极导流道分别由形成在双极板进口段所在侧面的第二突肋形成。

可进一步优选的，阳极气体入口缓冲区形成阳极气体入口降速结构。

可进一步优选的，阳极气体入口缓冲区为一段不设第一突肋的光滑流道构成；阴极极气体入口缓冲区为一段不设第二突肋的光滑流道构成。

本实用新型还提供了一种燃料电池双极板工质出口结构，设于双极板的出口段，出口段分别形成有镂空的阳极气体引出口、阴极气体引出口，双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道，在形成阳极气体流道的双极板侧面出口段上，阳极气体引出口与阳极气体流道出口之间沿着阳极气体气流流动方向形成阳极气体出口导流区和阳极气体出口缓冲区；阳极气体出口导流区形成渐缩的第二阳极导流道，多个第二阳极导流道的流通面积沿着阳极气体气流流动方向逐渐减小；在形成阴极气体流道的所述双极板侧面出口段上，阴极气体引出口与阴极气体流道出口之间沿着阴极气体气流流动方向形成阴极气体出口导流区和阴极气体出口缓冲区；阴极气体出口导流区形成渐缩的第二阴极导流道，多个第二阴极导流道的流通面积沿着阴极气体气流流动方向逐渐减小；阴极气体引出口流通面积大于所述阳极气体引出口流通面积；第二阴极导流道流通面积大于第二阳极导流道流通面积。

可进一步优选的，阳极气体引出口设有两个，分别形成在双极板出口段的两侧；阳极气体引出口形成在2个阴极气体引出口之间。

可进一步优选的，第二阳极导流道和第二阴极导流道分别由形成在双极板出口段的突肋形成。

本实用新型通过对燃料电池进出口截面形状和导流结构的设计，有效保障工质流动在流场板子通道内分配的均匀性，通过改变进口截面大小和布局，还能够有效的调节进入双极板两侧的总流量，使得反应气体能够均匀性流动，保证了燃料电池的两种反应气体能良好的流动和分配。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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是本实用新型一实施例1的工质进口结构正面结构示意图；

图2是本实用新型一实施例1的工质进口结构反面结构示意图；

图3是本实用新型一实施例2的工质进口结构正面结构示意图；

图4是本实用新型一实施例3的工质出口结构正面结构示意图；

图5是本实用新型一实施例3的工质出口结构正面结构示意图

图中：

1-阳极气体引入口；11-阳极气体入口缓冲区域；12-第一突肋；13-阳极气体流道入口；2-阴极气体引入口；21-阴极气体入口缓冲区域；22-第二突肋；23-阴极气体流道入口；

1’-阳极气体引出口；11’-阳极气体出口缓冲区域；12’-第三突肋；13’-阳极气体流道出口；2’-阴极气体引出口；21’-阴极气体出口缓冲区域；22’-第四突肋；23’-阴极气体流道出口

其中例如1’的标注为进口处结构在出口处的表示

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，本申请所描述的“正面”、“反面”、“第一”、“第二”并没有赋予其特定的结构及含义，仅是为了描述方便。

本实施例提供了一种燃料电池双极板工质进出口结构，在气体流入和流出位置设置导流结构，有效的保障了工质流动在流场板子流道内分配的均匀性，保证燃料电池的反应气体能够良好的流动和分配。为更好的表述实施例中的方案，以氢氧燃料电池为例进行阐述。

实施例1：

如图1-2，本实施例提出了一种燃料电池双极板工质进口结构，该进口结构设于双极板的进口段，进口段分别形成有镂空的阳极气体引入口1，阴极气体引入口2，双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道，在形成阳极气体流道的双极板侧面进口段上，阳极气体引入口1与阳极气体流道入口13之间沿着阳极气体气流流动方向形成阳极气体流道入口导流区和阳极气体入口缓冲区11，阳极气体入口降速结构能够避免阳极气体从导流流道流出的气体直接冲进子流道，从而造成反应气体分配不均匀；阳极气体入口导流区形成渐扩的第一阳极导流道，多个第一阳极导流道的流通面积沿着阳极气体气流流动方向逐渐加大；实现阳极气体能够在流动过程中逐渐降低气体流动压力，使得阳极气体能够均匀性的流动。

在具体的燃料电池双极板工质进口结构中，在形成阴极气体流道的双极板侧面进口段上，阴极气体引入口2与阴极气体流道入口23之间沿着阴极气体气流流动方向形成阴极气体入口导流区和阴极气体入口缓冲区21，能够避免阴极气体从导流流道流出的气体直接冲进子流道，从而造成反应气体分配不均匀；阴极气体入口导流区形成渐扩的第一阴极导流道，所述多个第一阴极导流道的流通面积沿着阴极气体气流流动方向逐渐加大，实现阴极气体能够在流动过程中逐渐降低气体流动压力，使得阴极气体能够均匀性的流动。

阴极气体引入口1流通面积大于阳极气体引入口2流通面积，以此设计是考虑到反应气体在反应时需要的量不同，提供更好的反应效果；在本实施例中具体为第一阴极导流道流通面积大于第一阳极导流道流通面积。

优选的，阳极气体入口缓冲区为一段不设第一突肋12的光滑流道构成；阴极极气体入口缓冲区为一段不设第二突肋22的光滑流道构成。

可优选的，阳极气体引入口2设有两个，分别形成在双极板入口段的两侧；阴极气体引入口1形成在两个阳极气体引入口2之间，阳极气体通过双极板的一侧流动，阴极气体通过双极板的另一侧流动，两者流动区域互不影响，更好的实现气体的均匀流动。

可优选的，第一阳极导流道和第一阴极导流道分别由形成在双极板进口段的突肋形成，具体为第一突肋12和第二突肋22，多个突肋之间形成的流道使得阳极气体和阴极气体在流动过程中避免气体直接冲撞入子流道，实现气体的均匀性分布流动。

本实施通过气体流入和流出位置的改进，有效的保障了工质流动在流场板子流道内分配的均匀性，保证燃料电池的反应气体能够良好的流动和分配。

实施例2：

如图3，本实施例是实施例1的基础上对工质进口和出口结构中的阳极气体和阴极气体流入和流出口进行设计，具体为：

仅设计两个镂空结构，其中两个镂空结构大小比例不同，比例可根据燃料电池的结构进行预设。

本实施例中的其他结构在实施例1中已有阐述，在此不再赘述。

实施3：

如图4-5，此外本实施例还提供了一种燃料电池双极板工质出口结构，出口结构和进口结构为镜像结构，只是同一结构在气体流入和流出处的设置，具体为：

一种燃料电池双极板工质出口结构，设于双极板的出口段，出口段分别形成有镂空的阳极气体引出口1’、阴极气体引出口2’，双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道；在形成阳极气体流道的双极板侧面出口段上，阳极气体引出口1’与所述阳极气体流道出口13’之间沿着阳极气体气流流动方向形成阳极气体出口导流区和阳极气体出口缓冲区11’，避免阳极气体和阴极气体流出时冲撞到气体出口，延长出口处结构的使用寿命；阳极气体出口导流区形成渐缩的第二阳极导流道，多个第二阳极导流道的流通面积沿着阳极气体气流流动方向逐渐减小，使得流出的阳极气体快速流出流道，避免形成气体滞留，影响气体的整体流动排出。

在具体的燃料电池双极板工质出口结构中，在形成阴极气体流道的双极板侧面出口段上，阴极气体引出口2’与阴极气体流道出口23’之间沿着阴极气体气流流动方向形成阴极气体出口导流区和阴极气体出口缓冲区，避免阳极气体和阴极气体流出时冲撞到气体出口，延长出口处结构的使用寿命；阴极气体出口导流区形成渐缩的第二阴极导流道，多个第二阴极导流道的流通面积沿着阴极气体气流流动方向逐渐减小，使得流出的阳极气体快速流出流道，避免形成气体滞留，影响气体的整体流动排出。

阴极气体引出口2’流通面积大于阳极气体引出口1’流通面积，阴极气体流入量较阳极气体流入量多，如此设计可以更好的实现阴极气体的流出；在本具体的实施例中，体现为第二阴极导流道流通面积大于第二阳极导流道流通面积。

可优选的，阳极气体引出口1’设有两个，分别形成在双极板出口段的两侧；在本实施例中具体体现为阳极气体引出口1’形成在2个阴极气体引出口2’之间，用以将阳极气体和阴极气体流出流道分隔开，互不影响。

可优选的，第二阳极导流道和第二阴极导流道分别由形成在双极板出口段的突肋形成，即为第三突肋12’，第四突肋22’，将阳极气体和阴极气体流出通道分为若干个小通道，加快气体的流出，避免形成气体滞留。

本实施例通过在气体的流进和流出结构中利用突肋调节气体流动过程中的流速，使得气体能够更好的均匀性流动，气体进入时匀速快速流进，气体流出时快速流出，此外流体均匀性流动能够保证两种反应气体均能良好的分配，为燃料电池提供更好的反应效果。

综上，本实用新型通过对燃料电池进出口截面形状和导流结构的设计，有效保障了工质流动在流场板子通道内分配的均匀性，通过改变进口截面大小和布局，还能够有效的调节进入双极板两侧的总流量，使得反应气体能够均匀性流动，保证了燃料电池的两种反应气体能良好的流动和分配。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种燃料电池双极板工质进口结构，设于双极板的进口段，所述进口段分别形成有镂空的阳极气体引入口(1)、阴极气体引入口(2)，所述双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道，其特征在于：

在形成所述阳极气体流道的所述双极板侧面进口段上，所述阳极气体引入口(1)与所述阳极气体流道的入口(13)之间沿着阳极气体气流流动方向依次形成阳极气体入口导流区和阳极气体入口缓冲区(11)；所述阳极气体入口导流区形成多个渐扩的第一阳极导流道，所述多个第一阳极导流道的流通面积沿着阳极气体气流流动方向逐渐加大；

在形成所述阴极气体流道的所述双极板侧面进口段上，所述阴极气体引入口(2)与所述阴极气体流道的入口(23)之间沿着阴极气体气流流动方向依次形成阴极气体入口导流区和阴极气体入口缓冲区(21)；所述阴极气体入口导流区形成渐扩的多个第一阴极导流道，所述多个第一阴极导流道的流通面积沿着阴极气体气流流动方向逐渐加大。

2.如权利要求1所述的燃料电池双极板工质进口结构，其特征在于：所述阴极气体引入口(2)流通面积大于所述阳极气体引入口(1)流通面积；

所述第一阴极导流道流通面积大于第一阳极导流道流通面积。

3.如权利要求1所述的燃料电池双极板工质进口结构，其特征在于：所述阳极气体引入口设有两个，分别形成在双极板入口段的两侧；所述阴极气体引入口形成在所述2个阳极气体引入口之间。

4.如权利要求1-3任一项所述的燃料电池双极板工质进口结构，其特征在于：所述第一阳极导流道由形成在所述双极板进口段所在侧面的第一突肋(12)形成，所述第一阴极导流道分别由形成在所述双极板进口段所在侧面的第二突肋(22)形成。

5.如权利要求4所述的燃料电池双极板工质进口结构，其特征在于：所述阳极气体入口缓冲区形成阳极气体入口降速结构。

6.如权利要求5所述的燃料电池双极板工质进口结构，其特征在于：所述阳极气体入口缓冲区为一段不设第一突肋(12)的光滑流道构成；所述阴极气体入口缓冲区为一段不设第二突肋(22)的光滑流道构成。

7.一种燃料电池双极板工质出口结构，设于双极板的出口段，所述出口段分别形成有镂空的阳极气体引出口(1’)、阴极气体引出口(2’)，所述双极板上下两面主体区分别形成有阳极气体流道和阴极气体流道，其特征在于：

在形成所述阳极气体流道的所述双极板侧面出口段上，所述阳极气体引出口(1’)与所述阳极气体流道出口(13’)之间沿着阳极气体气流流动方向形成阳极气体出口导流区和阳极气体出口缓冲区(11’)；所述阳极气体出口导流区形成渐缩的第二阳极导流道，所述多个第二阳极导流道的流通面积沿着阳极气体气流流动方向逐渐减小；

在形成所述阴极气体流道的所述双极板侧面出口段上，所述阴极气体引出口(2’)与所述阴极气体流道出口(23’)之间沿着阴极气体气流流动方向形成阴极气体出口导流区和阴极气体出口缓冲区(21’)；所述阴极气体出口导流区形成渐缩的第二阴极导流道，所述多个第二阴极导流道的流通面积沿着阴极气体气流流动方向逐渐减小；

所述阴极气体引出口流通面积大于所述阳极气体引出口流通面积；

所述第二阴极导流道流通面积大于第二阳极导流道流通面积。

8.如权利要求7所述的燃料电池双极板工质出口结构，其特征在于：所述阳极气体引出口设有两个，分别形成在双极板出口段的两侧；所述阴极气体引出口形成在所述2个阳极气体引出口之间。

9.如权利要求8所述的燃料电池双极板工质出口结构，其特征在于：所述第二阳极导流道和第二阴极导流道分别由形成在所述双极板出口段的突肋形成。

10.一种燃料电池，具有权利要求1-6任一项所述的燃料电池双极板工质进口结构或具有权利要求7-9任一项所述的燃料电池双极板工质出口结构出口结构。

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