CN216120378U - 单极板、燃料电池双极板及燃料电池电堆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单极板、燃料电池双极板及燃料电池电堆，单极板包括流体入口、流体出口、冷却场与分配部，流道的两端与分配部连通，分配部包括多条分配链，每一分配链包括多个分配凸起，相邻分配链之间形成第一分配通道，相邻分配链内的分配间隙相互连通并形成第二分配通道，多个第一分配通道与多个第二分配通道相互交错并连通，第一分配通道与第二分配通道的延伸方向相反；双极板包括极板结构，电堆包括双极板。本实用新型提高了双极板冷却流场中流体流动的均匀度，优化流体与极板的换热效果，使极板整板均能够得到稳定降温，进而提高电堆工作的稳定性及耐久性。

Description

单极板、燃料电池双极板及燃料电池电堆

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种单极板、燃料电池双极板及燃料电池电堆。

背景技术

燃料电池的双极板具有阻隔燃料与氧化剂以及传导电流的功能，是电堆的重要结构，双极板设置有供气体以及流体流动的流道，将气体均匀分配到电极的反应层进行电极反应，并且带走工作热量，使电堆的工作温度保持在合理范围内，保证电堆的耐久性及输出性能，相关技术中，双极板的冷却流场存在流动阻力压降过大，流场中流体流量分配不均造成双极板存在局部热点，影响电堆工作的稳定性及耐久性。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种单极板，能够提高双极板冷却流场中流体流动的均匀度，优化双极板的传热及降温效果。

本实用新型还提出一种具有上述单极板的燃料电池双极板。

本实用新型还提出一种具有上述燃料电池双极板的燃料电池电堆。

根据本实用新型的第一方面实施例的单极板，其特征在于，包括：

流体入口与流体出口；

冷却场，包括多条间隔排列的沟脊，相邻的所述沟脊之间形成流道；

分配部，设置有两个，两个所述分配部分设于所述冷却场的两端，每一所述流道的两端分别与两个所述分配部连通，两个所述分配部分别与所述流体入口、所述流体出口连通，所述分配部包括多条分配链，每一所述分配链包括多个间隔排布的分配凸起，相邻所述分配凸起之间具有分配间隙，所述分配链倾斜设置，相邻所述分配链之间形成第一分配通道，相邻所述分配链内的所述分配间隙相互连通并形成第二分配通道，多个所述第一分配通道与多个所述第二分配通道相互交错并连通，所述第一分配通道与所述第二分配通道朝向远离所述分配部的方向延伸，并且所述第一分配通道与所述第二分配通道的延伸方向相反。

根据本实用新型实施例的单极板，至少具有如下有益效果：

本实用新型中，通过分配部对流体的分流作用，使流体经过分配部的分配后，能够同时向冷却场的中部及两侧流动，以提高双极板冷却流场中流体流动的均匀度，优化流体与极板的换热效果，使极板整板均能够得到稳定降温，进而提高电堆工作的稳定性及耐久性。

根据本实用新型的一些实施例，所述分配凸起至少具有两个导向斜坡，且两个所述导向斜坡位于所述分配凸起靠近所述流体入口或所述流体出口的一侧，两个所述导向斜坡分设于所述分配凸起的两侧。

根据本实用新型的一些实施例，所述分配部包括两个导流体，两个所述导流体设置于所述分配部靠近所述冷却场的一端并且分设于所述分配部的两侧，所述导流体包括相互连接的第一导向段与第二导向段，所述第一导向段朝向所述流体入口或所述流体出口延伸，所述第二导向段朝向远离所述分配部的方向延伸。

根据本实用新型的一些实施例，所述导流体还包括第三导向段，所述第三导向段连接于所述第二导向段远离所述第一导向段的一端，所述第三导向段朝向所述冷却场延伸。

根据本实用新型的一些实施例，所述分配部还包括若干引流体，所述引流体位于所述分配部的边缘处，所述引流体背离所述分配部的一侧具有引流面，所述引流面为弧面或斜面。

根据本实用新型的一些实施例，所述分配部的每一侧均设置有多个所述引流体，多个所述引流体朝向远离所述分配部的方向间隔分布。

根据本实用新型的一些实施例，还包括过渡部，所述过渡部位于所述流体入口与所述分配部之间，或者所述过渡部位于所述流体出口与所述分配部之间，所述过渡部包括多条过渡通道，所述过渡通道朝向所述冷却场延伸，所述过渡通道的一端与所述流体入口或所述流体出口连通，所述过渡通道的另一端与所述分配部连通。

根据本实用新型的一些实施例，所述沟脊弯曲呈蛇形。

根据本实用新型的第二方面实施例的燃料电池双极板，包括至少一个第一方面实施例的单极板。

根据本实用新型的第三方面实施例的燃料电池电堆，包括：

多个第二方面实施例的燃料电池双极板；

膜电极，设置有多个，多个所述膜电极与多个所述燃料电池双极板交替层叠设置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型燃料电池极板一个实施例的结构示意图；

图2为图1隐藏部分冷却场后的结构示意图；

图3为图1中分配部一个实施例的结构示意图。

附图标记：

流体入口100；流体出口200；冷却场300，沟脊310，流道320；分配部400，分配链410，分配凸起411，导向斜坡4111，分配间隙412，第一分配通道420，第二分配通道430，导流体440，第一导向段441，第二导向段442，第三导向段443，引流体450；过渡部500，过渡通道510。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本实用新型的实施例中提供了一种单极板，提供用于进行冷却的流体流动的流场，使流体分布更为均匀。单极板包括流体入口100、流体出口200与冷却场300，流体从流体入口100处进入冷却场300内，流体与极板换热，对极板进行降温，然后从流体出口200处流出，并带走极板的热量，冷却场300包括多条间隔排列的沟脊310，相邻的沟脊310之间形成流道320，流道320均匀分布于极板的整个板面，每一流道320均可供流体流动，流体可以对整个极板进行降温，使极板与流体的换热更为均匀。单极板还包括分配部400，分配部400设置有两个，两个分配部400分别位于冷却场300的两端，每一流道320的两端分别与两个分配部400连通，两个分配部400分别与流体入口100、流体出口200连通，从而分配部400的一端与流体入口100或流体出口200连通，分配部400的另一端与流场连通，从流体入口100进入的流体经过分配部400的分配均匀流动至冷却场300的每一流道320内，流体从冷却场300流出后进入另一分配部400，并从流体出口200处排出。

具体的，分配部400包括多条分配链410，每一分配链410包括多个间隔分布的分配凸起411，相邻的分配凸起411之间形成分配间隙412，相邻的分配链410相互间隔，并且在相邻的分配链410之间形成第一分配通道420，相邻的分配链410内的分配间隙412相互连通并形成第二分配通道430，从而在分配部400内形成多条第一分配通道420与多条第二分配通道430，分配链410呈倾斜状，第一分配通道420与第二分配通道430相互交错并连通，使第一分配通道420与第二分配通道430组合成网状，流体可以从每一分配间隙412进入该网状通道内；另外，第一分配通道420与第二分配通道430均朝向远离分配部400的方向延伸，将流体引流至冷却场300的远端，并且第一分配通道420与第二分配通道430的延伸方向相反，从而流体在第一分配通道420与第二分配通道430的导向作用下，可以分别向冷却场300的两侧流动，以避免出现由于流体向冷却场300远端流动的路径较长导致流体在冷却场300远端的流量较低的情况，使流体在冷却场300内的流动更为均匀。

需要说明的是，流体入口100与流体出口200一般设置于极板两端的中心位置，从流体入口100流出的流体直接向下流动，由于分配部400内设置有连通成网状的通道，并且第一分配通道420与第二分配通道430分别朝向分配部400的两侧延伸，进入分配部400的流体向两侧分流，增大流体向冷却场300两侧流动流量，避免过多的流体直接向下流动至冷却场300的中部；另外，由于每一分配链410内均具有分配间隙412，流体被向两侧引流的同时，可以直接通过位于分配部400中部的分配间隙412向下流动，以保证冷却场300的中部具有足够的流量。从而，通过分配部400对流体的分流作用，使流体经过分配部400的分配后，能够同时向冷却场300的中部及两侧流动，以提高双极板冷却流场中流体流动的均匀度，优化流体与极板的换热效果，使极板整板均能够得到稳定降温，进而提高电堆工作的稳定性及耐久性。

需要说明的是，图2中仅针对向左侧倾斜的分配链410进行了图示，由多个分配凸起411间隔向右侧排列同样可以组成分配链410，同样的，第一分配通道420与第二分配通道430均可以向右侧或者左侧倾斜。分配部400整体为一对称结构，使流动至冷却场300两侧的流体的流量相互平衡，并且相邻分配链410之间的间隔相等，相邻分配凸起411之间的间隔相等，分配凸起411均匀排列于分配部400的中心位置，使流体经过分配部400后能够均匀流动至冷却场300的不同位置。

另外，用于冷却的流体可以是液体或者气体，如水、空气等。单极板可以是燃料电池双极板中的阴极板，分配部400与冷却场300设置于阴极板的背面，冷却场300用于供流体流动；单极板也可以是燃料电池双极板中的阳极板，分配部400与冷却场300设置于阳极板的背面，冷却场300用于供流体流动。

分配凸起411至少具有两个导向斜坡4111，两个导向斜坡4111位于分配凸起411靠近流体入口100或者流体出口200的一侧，并且两个导向斜坡4111分设于分配凸起411的两侧。导向斜坡4111用于对流体分流，使流体能够向两侧流动，以增大冷却场300两侧的流体流量。需要说明的是，为便于不同分配链410内的分配间隙412相互连通，分配凸起411的远离流体入口100后流体出口200的一侧也设置有导向斜坡4111，从而在不同的分配链410内，并且相邻的分配凸起411之间能够形成导流方向相同的分配间隙412，使分配间隙412能够组合形成第一分配通道420以及第二分配通道430。在一个实施例中，可以将分配凸起411设置三角形、菱形、梯形等形状。

可以想到的是，由于分配凸起411的两侧均具有导向斜坡4111，两个导向斜坡4111能够分别将流体向冷却场300的远端以及冷却场300的中心处引流，因此被引流至分配部400一侧的部分流体，能够在导向斜坡4111的导流作用下，回流至分配部400的中心位置，以避免过多的流体流向分配部400的两侧，造成冷却场300中心及两侧位置流体的分布不均。

在一个实施例中，如图3所示，其中一个分配凸起411位于分配部400靠近流体入口100或者流体出口200一侧的中心处，该分配凸起411为分配部400的顶部凸起，进入分配部400的流体首先与该分配凸起411接触，并在导向斜坡4111的导流作用下，向分配部400的两侧流动，以及向分配部400的中心处回流，使流体被均匀分配至冷却场300的不同位置。分配部400可以基于该顶部凸起的中心的对称，当流体入口100或流体出口200相较于极板的中心位置有一定距离时，可以适应性改变该顶部凸起的位置，调整流体进入冷却场300两侧的流量。

分配部400还包括两个导流体440，两个导流体440设置于分配部400靠近冷却场300的一端，并且两个导流体440分设于分配部400的两侧，两个导流体440分别对流动至分配部400两侧的流体进行导流。导流体440包括相互连接的第一导向段441与第二导向段442，第一导向段441朝向流体入口100或者流体出口200的方向延伸，第二导向段442朝向远离分配部400的方向延伸。以与流体入口100连通的分配部400为例，流动至分配部400侧部的流体受第一导线段的阻挡作用，继续向分配部400的侧部流动，通过第二导向段442对流体的导向，流体流动至冷却场300的远端，保证流动至分配部400侧部的流体向冷却场300远端流动的流量。需要说明的是，由于分配部400位于冷却场300端部的中心位置，分配部400距离冷却场300两侧的距离较远，通过设置导流体440可以将流体输送至冷却场300的远端，提高流体向冷却场300两侧的流动效率。

进一步的，导流体440还包括第三导向段443，第三导向段443连接于第二导向段442远离第一导向段441的一端，第三导向段443朝向冷却场300延伸。设置第三导向段443可以将被第二导向段442引流的流体导入冷却场300内，以避免流体被过多的引流至冷却场300的两侧，导致冷却场300靠近导流体440的区域流体流量较小，影响流体分布的均匀度。另外，第三导向段443还可朝向冷却场300的远端倾斜，以保证导流体440向冷却场300远端输送流体的能力。

分配部400还包括若干引流体450，引流体450位于分配部400的边缘处，引流体450背离分配部400的一侧具有引流面，引流面为弧面或者斜面，引流面用于对流动至分配部400边缘处的流体进行导向，使流体沿分配部400的边缘流动，避免过多的流体回流至分配部400的中心区域，保证冷却场300两侧的流体流量。引流体450朝向分配部400内部的一侧可以设置为平面，该平面与沟脊310的延伸方向平行，或者设置为弧面，该弧面朝向远离分配部400的方向弯曲，通过该设置，降低流体向分配部400中心区域回流的程度。

在一个实施例中，如图3所示，分配部400的每一侧均设置有多个引流体450，多个引流体450朝向远离分配部400的方向间隔分布，引流体450对流体的流动导向，将流体引向分配部400的侧部，并起到流体在流体入口100与导流体440之间的过渡作用，将流体引向导流体440，保证流体向冷却场300侧部的流动量及流动效率。

如图2所示，单极板还包括过渡部500，过渡部500位于流体入口100与分配部400之间，或者过渡部500位于流体出口200与分配部400之间，过渡部500包括多条过渡通道510，过渡通道510朝向冷却场300延伸，过渡通道510的一端与流体入口100或流体出口200连通，过渡通道510的另一端与分配部400连通。以与流体入口100连通的过渡部500为例，流体从流体入口100流出后，受过渡通道510的约束而进入分配部400内，每一过渡通道510内均可供流体流动，使流体能够从不同位置进入分配部400内，以保证分配部400对流体流量分配的均匀度。可以想到的是，过渡部500的宽度、流体入口100的宽度、流体出口200的宽度以及分配部400的宽度相同，以使流体能够进入过渡部500、分配部400的不同位置，提高流体在冷却场300内分布的均匀度。

如图1所示，沟脊310弯曲呈蛇形，以使流道320呈蜿蜒状延伸，使流体在冷却场300两端的压降保持在一定范围内，降低电堆损耗。

本实用新型还提供了一种燃料电池双极板，包括至少一个上述的单极板，如，单极板作为阴极板使用，双极板还包括阳极板，阳极板与阴极板相互贴合形成双极板；或者双极板包括两个单极板，两个极板结构分别作为阴极板、阳极板使用，阴极板与阳极板相互贴合形成双极板；双极板冷却场300内的流体分配均匀，使流体能够对双极板的整板进行降温，传热效率高。

本实用新型还提供了一种燃料电池电堆，包括多个上述的燃料电池双极板，还包括膜电极，膜电极设置有多个，双极板与膜电极组成单体电池，膜电极与双极板依次交替层叠设置，使多个单体电池相互串联组合，通过前、后端板将单体电池压紧，并通过螺杆紧固，形成燃料电池电堆。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (10)

1.单极板，其特征在于，包括：

流体入口与流体出口；

冷却场，包括多条间隔排列的沟脊，相邻的所述沟脊之间形成流道；

分配部，设置有两个，两个所述分配部分设于所述冷却场的两端，每一所述流道的两端分别与两个所述分配部连通，两个所述分配部分别与所述流体入口、所述流体出口连通，所述分配部包括多条分配链，每一所述分配链包括多个间隔排布的分配凸起，相邻所述分配凸起之间具有分配间隙，所述分配链倾斜设置，相邻所述分配链之间形成第一分配通道，相邻所述分配链内的所述分配间隙相互连通并形成第二分配通道，多个所述第一分配通道与多个所述第二分配通道相互交错并连通，所述第一分配通道与所述第二分配通道朝向远离所述分配部的方向延伸，并且所述第一分配通道与所述第二分配通道的延伸方向相反。

2.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述分配凸起至少具有两个导向斜坡，且两个所述导向斜坡位于所述分配凸起靠近所述流体入口或所述流体出口的一侧，两个所述导向斜坡分设于所述分配凸起的两侧。

3.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述分配部包括两个导流体，两个所述导流体设置于所述分配部靠近所述冷却场的一端并且分设于所述分配部的两侧，所述导流体包括相互连接的第一导向段与第二导向段，所述第一导向段朝向所述流体入口或所述流体出口延伸，所述第二导向段朝向远离所述分配部的方向延伸。

4.根据权利要求3所述的单极板，其特征在于，所述导流体还包括第三导向段，所述第三导向段连接于所述第二导向段远离所述第一导向段的一端，所述第三导向段朝向所述冷却场延伸。

5.根据权利要求1所述的单极板，其特征在于，所述分配部还包括若干引流体，所述引流体位于所述分配部的边缘处，所述引流体背离所述分配部的一侧具有引流面，所述引流面为弧面或斜面。

6.根据权利要求5所述的单极板，其特征在于，所述分配部的每一侧均设置有多个所述引流体，多个所述引流体朝向远离所述分配部的方向间隔分布。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的单极板，其特征在于，还包括过渡部，所述过渡部位于所述流体入口与所述分配部之间，或者所述过渡部位于所述流体出口与所述分配部之间，所述过渡部包括多条过渡通道，所述过渡通道朝向所述冷却场延伸，所述过渡通道的一端与所述流体入口或所述流体出口连通，所述过渡通道的另一端与所述分配部连通。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的单极板，其特征在于，所述沟脊弯曲呈蛇形。

9.燃料电池双极板，其特征在于，包括至少一个权利要求1至8中任一项所述的单极板。

10.燃料电池电堆，其特征在于，包括：

多个权利要求9所述的燃料电池双极板；

膜电极，设置有多个，多个所述膜电极与多个所述燃料电池双极板交替层叠设置。

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