CN212542497U - 适用于燃料电池的流场板及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种适用于燃料电池的流场板及燃料电池，适用于氢‑空气燃料电池和氢氧燃料电池的流场板，包括流场板，所述流场板上设置进气口、出气口以及流道，所述进气口和出气口通过流道相连通，所述流道的两侧设置有脊，所述脊上设置有凹槽，所述凹槽沿流道长度的方向连续布置，所述流道与凹槽连通，本实用新型通过在脊两侧的壁面上开凹槽，将液态水的接触界面进行分割，大大减小了液滴与脊两侧壁面的有效接触面积，缓解了流道中水膜的形成，使气体流速增大，有利于液态水的排出。同时还加强了气流扰动，有利于反应物气体向气体扩散层的传质，凹槽还增加了对流换热面积，使流道内的换热能力得到加强，有利于热量的排出。

Description

适用于燃料电池的流场板及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池领域，具体地，涉及一种适用于燃料电池的流场板及燃料电池，尤其是涉及一种适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池的流场板以及包括该流场板的燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种依靠电化学反应将储存在燃料中的化学能直接转化成电能的发电装置。由于其具有能量转化效率高、启动快、工作温度低、尾气污染小等优点，受到许多领域研究者的广泛关注。燃料电池的水管理问题一直是燃料电池性能优化中的重点问题，当电堆在较大的电流密度下工作时容易出现“水淹”问题，阻碍反应气到达活性位点，从而使燃料电池性能大大下降。因此，需要采取措施改善燃料电池的水管理，保证电堆的工作性能。

双极板是燃料电池的关键部件之一，双极板上的流道形式决定着氧化剂和燃料气的流场分布，影响着反应物气体在电极上的均匀分布以及流道中的液态水分布。因此，使用合理的流场结构可以有效改善燃料电池的水管理问题，提高电堆的工作性能。

专利文献CN106571472B公开了一种增强流体均匀性的燃料电池金属双极板，由金属薄板成形的具有不等高流道的阴极单板和阳极单板连接而成，并在连接后的双极板双侧的密封槽中装配密封件。该专利通过改变沿气体流动方向的流道高度，对因气体消耗导致的气体浓度分布不均进行补偿，并且可以提高出口的气体流速，促进流道内液态水的排出，但该设计仅能提高流道末端的气体流速，减少出口处的液态水堆积，无法考虑整个流场的液态水排出。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种适用于燃料电池的流场板及燃料电池。

根据本实用新型提供的一种适用于燃料电池的流场板，包括流场板，所述流场板上设置进气口、出气口以及流道，所述进气口和出气口通过流道相连通，所述流道的两侧设置有脊；

所述脊上设置有凹槽，所述凹槽沿流道长度的方向连续布置，其中，所述流道与凹槽连通。

优选地，所述流道的横截面为梯形结构。

优选地，所述凹槽的横截面为矩形、三角形、梯形、半圆形或半椭圆形结构中的任一种。

优选地，所述流道采用如下任一种布置形式：

-直流道；

-蛇形流道，所述蛇形流道包括S形流道以及交指形流道；

-折形流道。

优选地，当所述流道采用直流道或折形流道时，所述流道的数量为多个，多个所述流道依次间隔布置，其中，每两个相邻的流道之间都设置有脊。

优选地，当所述流道采用直流道时，多个所述流道依次平行间隔布置。

优选地，每个所述流道都匹配有进气口和出气口。

优选地，所述凹槽位于脊沿高度方向的中部。

优选地，所述流场板采用石墨材料或金属制作。

根据本实用新型提供的一种燃料电池，包括阴极流场板以及阳极流场板，所述阴极流场板和阳极流场板中至少一个采用所述的适用于燃料电池的流场板。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型提出了一种适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池的流场板，该流场板通过在脊两侧的壁面上开凹槽，将液态水的接触界面进行分割，大大减小了液滴与流道壁面的有效接触面积，缓解了流道中水膜的形成，并且使气体流速增大，有利于液态水的排出。同时该结构还加强了气流扰动，有利于反应物气体向气体扩散层的传质，凹槽还增加了对流换热面积，使流道内的换热能力得到加强，有利于热量的排出。

2、本实用新型中流场板能够减少流道中液态水的堆积，防止发生“水淹”问题，采用的凹槽结构可以增加对流换热面积，加强流场的传质和换热能力，保证燃料电池中液态水和热量高效稳定地输出，使温度场分布更加均匀。

3、本实用新型提出的凹槽结构便于加工制造，有利于大规模应用和推广，实用性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为图1中A部位的结构放大示意图；

图3为实施例2的结构示意图；

图4为图3中B部位的结构放大示意图；

图5为实施例3的结构示意图；

图6为图5中C部位的结构放大示意图；

图7为实施例4的结构示意图；

图8为图7中D部位的结构放大示意图。

图中示出：

进气口1 脊4 流道截面7

出气口2 流场板5

流道3 凹槽6

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供了一种适用于燃料电池的流场板，主要适用于氢-空气燃料电池及氢氧燃料电池。如图1-图8所示，包括流场板5，所述流场板5上设置进气口1、出气口2以及流道3，所述进气口1和出气口2通过流道3相连通，所述流道3的两侧设置有脊4，所述脊4上设置有凹槽6，所述凹槽6沿流道3长度的方向连续布置，贯穿整个流道3，所述凹槽6位于脊4沿高度方向的中部，其中所述流道3分别与两侧的凹槽6连通，流道3与两侧的凹槽6共同形成流体输送的通道。

具体地，所述凹槽6沿与长度方向相垂直的方向截面即凹槽6的横截面能够设置为多种形式，例如为矩形，再例如三角形，还可以设置为梯形、半圆形或半椭圆形结构等，所述流道3的横截面为流道截面7，流道截面7为梯形结构。

具体地，所述流道3的结构布置也可以根据实际的需求设置多种形式，例如，直流道，再例如，折形流道，还可以是蛇形流道，其中S形流道、交指形流道都是蛇形流道的结构形式。

进一步地，当所述流道3采用直流道或折形流道时，所述流道3的数量为多个，多个所述流道3依次间隔布置，其中，每两个相邻的流道3之间都设置有脊4，每个所述流道3都匹配有进气口1和出气口2。在一个优选例中，当所述流道3采用直流道时，多个所述流道3依次平行间隔布置，如图1所示。

在实际的应用中，所述流场板5采用石墨材料或金属制作。

本实用新型还提供了一种燃料电池，该燃料电池可以为氢-空气燃料电池，也可以为氢氧燃料电池，其中所述燃料电池包括阴极流场板以及阳极流场板，所述阴极流场板和阳极流场板中至少一个采用所述的适用于燃料电池的流场板。本实用新型的燃料电池通过采用上述流场板，减少了液态水在流道中的堆积，加强了传质和换热能力，因此本实用新型的燃料电池拥有更优的性能。

实施例1

如图1所示，一种适用于燃料电池的流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板5由石墨材料制成，包括进气口1、出气口2、流道3以及脊4，所述脊4的两侧分别设置有凹槽6，凹槽6贯穿整个流道3。所述进气口1和出气口2通过流场板5上的流道3相连。流道3采用平行流道，流道截面7采用梯形截面，如图2所示，流道两侧的凹槽6采用三角形槽。本实用新型的流场板5在工作时，将气体通入进气口1，气体沿着流道3进行移动和反应，到达出气口2处排出未反应的气体和反应生成的水。流场板5中的脊4与流道3交替相间排布，起到了支撑流场板5和分隔气体的作用。凹槽6是脊4两侧壁面上的凹槽并与流道3连通，图2中为流道截面7的放大图、凹槽6将脊4两侧平整的壁面进行界面分割，减小了水滴与壁面的有效接触面积，避免流道3内形成连续的水膜，有利于液态水的排出。同时由于凹槽6对气流造成一定扰动，以及对流换热面积的增加，使流场的传质能力和换热能力加强，提高了化学反应速率并保证了温度场的均匀性。

实施例2

如图3所示，一种适用于燃料电池的流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板5由石墨材料制成，包括进气口1、出气口2、流道3以及脊4，所述脊4的两侧设置有凹槽且凹槽与流道3连通。所述进气口1和出气口2通过流场板5上的流道3相连。流道3采用蛇形流道，如图4所示，流道截面7采用梯形截面，流道3两侧的凹槽6采用矩形槽。本实用新型的流场板5在工作时，将气体通入进气口1，气体沿着流道3进行移动和反应，到达出气口2处排出未反应的气体和反应生成的水。流场板5中的脊4与流道3交替相间排布，起到了支撑流场板5和分隔气体的作用。矩形槽将脊4两侧平整的壁面进行界面分割，减小了水滴与壁面的有效接触面积，避免流道内形成连续的水膜，有利于液态水的排出。同时由于凹槽6对气流造成一定扰动，以及对流换热面积的增加，使流场的传质能力和换热能力加强，提高化学反应速率并保证了温度场的均匀性。

实施例3

如图5所示，一种适用于燃料电池的流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板5由金属材料制成，包括进气口1、出气口2、流道3以及脊4，所述脊4的两侧分别设置有凹槽6。所述进气口1和出气口2通过流场板5上的流道3相连。流道3采用折形流道，流道截面7采用梯形截面，如图6所示，流道两侧的凹槽6采用三角形槽。本实用新型的流场板5在工作时，将气体通入进气口1，气体沿着流道3进行移动和反应，到达出气口2处排出未反应的气体和反应生成的水。流场板5中的脊4与流道3交替相间排布，起到了支撑流场板5和分隔气体的作用。凹槽6将脊4两侧平整的壁面进行界面分割，减小了水滴与脊壁的有效接触面积，避免流道内形成连续的水膜，有利于液态水的排出。同时由于凹槽6对气流造成一定扰动，以及对流换热面积的增加，使流场的传质能力和换热能力加强，提高了化学反应速率并保证了温度场的均匀性。

实施例4

如图7所述，一种适用于燃料电池的流场板，主要适用于氢-空气燃料电池和氢氧燃料电池，所述流场板5由金属材料制成，包括进气口1、出气口2、流道3以及脊4，所述脊4的两侧分别设置凹槽6。所述进气口1和出气口2通过流场板5上的流道3相连。流道3采用S形流道，流道截面7采用梯形截面，如图8所示，流道3两侧的凹槽6采用半圆形槽。本实用新型的流场板5在工作时，将气体通入进气口1，气体沿着流道3进行移动和反应，到达出气口2处排出未反应的气体和反应生成的水。流场板5中的脊4与流道3交替相间排布，起到了支撑流场板5和分隔气体的作用。凹槽6将脊4两侧平整的壁面进行界面分割，减小了水滴与壁面有效接触面积，避免流道3内形成连续的水膜，有利于液态水的排出。同时由于凹槽6对气流造成一定扰动，以及对流换热面积的增加，使流场的传质能力和换热能力加强，提高了化学反应速率并保证了温度场的均匀性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种适用于燃料电池的流场板，其特征在于，包括流场板(5)，所述流场板(5)上设置进气口(1)、出气口(2)以及流道(3)，所述进气口(1)和出气口(2)通过流道(3)相连通，所述流道(3)的两侧都设置有脊(4)；

所述脊(4)上设置有凹槽(6)，所述凹槽(6)沿流道(3)长度的方向连续布置，其中，所述流道(3)与凹槽(6)连通。

2.根据权利要求1所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，所述流道(3)的横截面为梯形结构。

3.根据权利要求1所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，所述凹槽(6)的横截面为矩形、三角形、梯形、半圆形或半椭圆形结构中的任一种。

4.根据权利要求1所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，所述流道(3)采用如下任一种布置形式：

-直流道；

-蛇形流道，所述蛇形流道包括S形流道以及交指形流道；

-折形流道。

5.根据权利要求4所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，当所述流道(3)采用直流道或折形流道时，所述流道(3)的数量为多个，多个所述流道(3)依次间隔布置，其中，每两个相邻的流道(3)之间都设置有脊(4)。

6.根据权利要求5所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，当所述流道(3)采用直流道时，多个所述流道(3)依次平行间隔布置。

7.根据权利要求5或权利要求6所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，每个所述流道(3)都匹配有进气口(1)和出气口(2)。

8.根据权利要求1所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，所述凹槽(6)位于脊(4)沿高度方向的中部。

9.根据权利要求1所述的适用于燃料电池的流场板，其特征在于，所述流场板(5)采用石墨材料或金属制作。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括阴极流场板以及阳极流场板，所述阴极流场板和阳极流场板中至少一个采用权利1至9中任一项所述的适用于燃料电池的流场板。

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