CN217768432U - 一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板，极板上具有反应气体分配区，反应气体分配区包括若干条微流道，相邻两个微流道之间具有脊，若干条微流道的深度相同，若干个所述的微流道具有一个基准宽度，微流道的宽度相对于基准宽度的增量随微流道的长度增大而增大。将极板反应气体分配区的每一个微流道进行变宽度设计，并根据微流道长度相应的改变槽宽尺寸，通过增大微流道宽度，改善较长微流道的压降较大的问题。

Description

一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板

技术领域

本实用新型属于氢燃料电池领域，具体涉及一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板。

背景技术

极板是氢燃料电池的核心部件之一，主要起到分配反应气体、收集电流、排水、散热以及机械支撑等多种作用，对氢燃料电池性能具有决定作用。因此，极板的流场设计对燃料电池面内的反应均匀性，从而决定氢燃料电池的输出功率密度、工作可靠性和稳定性等核心性能指标。极板的流场主要包括气体分配区、反应区，结构为尺寸微小的阵列流道组成。通常，极板的面积较大，比如外轮廓尺寸大于500mm*220mm。而氢气或氧气的进口相对较小，比如氢气入口一般小于极板宽度方向的1/3。工作中，氢气由位于一角的入口通过分配区流向反应区。这种独特的结构布局，决定了分配区为扇形分布，在相同微流道尺寸条件下，微流道从氢气入口至反应区的长度不同，导致流体阻力不同，反应气体流过气体分配区时的压力降低值不一致。不同压力的反应气体进入到反应区后，必然导致反应区的反应气体压力分布不均匀，从而影响燃料电池性能。

为此，本发明提出了一种变流道尺寸流场极板，依据流体阻力与微流道横截面积、长度等的相关性，设计了变尺寸流道，通过增大微流道横截面积，降低长度较大微流道内流体的流动阻力，从而解决气体分配区内流体压差较大的瓶颈问题，最终达到提升氢燃料电池性能的目的。

发明内容

本实用新型针对现有技术的缺点，设计了一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板，将极板反应气体分配区的每一个微流道进行变宽度设计，并根据微流道长度相应的改变槽宽尺寸，通过增大微流道宽度，改善较长微流道的压降较大的问题。

本实用新型公开的技术方案如下：一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板，极板上具有反应气体分配区，反应气体分配区包括若干条微流道，相邻两个微流道之间具有脊，若干条微流道的深度相同，若干个所述的微流道具有一个基准宽度，微流道的宽度相对于基准宽度的增量随微流道的长度增大而增大。

在上述方案的基础上，作为优选，极板上还具有氢气通道、氧气通道、水通道、氢气入口、支撑区、反应区以及边框。

在上述方案的基础上，作为优选，若干条所述的微流道依次为w1、w2……wn，且长度依次缩短，宽度相对于基准宽度的增量减小。

在上述方案的基础上，作为优选，极板为轴对称结构，两片极板中的一片通过旋转后可另一片焊接在一起，两片极板分别作为阳极、阴极。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

将极板反应气体分配区的每一个微流道进行变宽度设计，并根据微流道长度相应的改变槽宽尺寸，通过增大微流道宽度，改善较长微流道的压降较大的问题。

附图说明

图1是极板的结构示意图；

图2是沿图1中线A处反应气体分配区的剖视图；

图3是两个极板中一个旋转后与另一个焊接后的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，并获得其他的实施方式。

实施例一：

如图1-2所示，一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板，极板上具有反应气体分配区10，反应气体分配区包括若干条微流道1，相邻两个微流道之间具有脊2，若干条微流道的深度相同，若干个所述的微流道具有一个基准宽度，微流道的宽度相对于基准宽度的增量随微流道的长度增大而增大。

将极板反应气体分配区的每一个微流道进行变宽度设计，并根据微流道长度相应的改变槽宽尺寸，通过增大微流道宽度，改善较长微流道的压降较大的问题。

具体的，极板整体结构与膜电极等匹配，反应气体分配区的微流道深度相同，而微流道的长度L则不同。为了改变反应气体流动压力降低不同的问题，对微流道的宽度进行了不同的设计。根据流体阻力与微流道横截面的面积关系，可获得微流道进出口压差与微流道宽度关系，如压差∝1/(Lwd)³，其中L、w、d分别为微流道长度、微流道宽度和深度。依据微流道长度的不同，每一个微流道的宽度wn设计成不同，即变微流道宽度尺寸的流场设计。以极板的尺寸，边框长度120mm*70mm为例。极板反应气体分配区的微流道尺寸为宽1.0mm（基准宽度）、深0.4mm，对分配区的微流道宽度进行调整以补偿微流道长度引起的阻力增加。气体分配区从上面的流道开始，第一个微流道的槽宽加宽11%、第二个微流道槽宽加宽5%、第三个微流道槽宽加宽4%、第四条微流道槽宽加宽1.2%。通过流体软件分析表明，所有流体进出口压降差异从大于30%，降低到了6.5%，微流道压差的均匀性获得了极大改善，能够明显提升氢燃料电池的性能，满足行业对极板流场均匀性的要求。

实施例二：

在实施例一的基础上，极板上还具有氢气通道3、氧气通道4、水通道5、氢气入口6、支撑区7、反应区8以及边框9。

实施例三：

在实施例一的基础上行，若干条所述的微流道由上至下依次为w1、w2……wn，长度依次缩短，宽度相对于基准宽度的增量减小。

实施例四：

如图3所示，极板为轴对称结构，两片极板中的一片通过旋转后可另一片焊接在一起，两片极板分别作为阳极、阴极。

轴对称结构的极板，一个极板和经过旋转的另一个极板相对焊接在一起，可以形成双极板，一个阳极、一个阴极，可以降低极板制造成本。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种氢燃料电池变流道尺寸流场极板，极板上具有反应气体分配区，反应气体分配区包括若干条微流道，相邻两个微流道之间具有脊，若干条微流道的深度相同，若干个所述的微流道具有一个基准宽度，其特征在于，微流道的宽度相对于基准宽度的增量随微流道的长度增大而增大。

2.如权利要求1所述的氢燃料电池变流道尺寸流场极板，其特征在于，极板上还具有氢气通道、氧气通道、水通道、氢气入口、支撑区、反应区以及边框。

3.如权利要求2所述的氢燃料电池变流道尺寸流场极板，其特征在于，若干条所述的微流道依次为w1、w2……wn，且长度依次缩短，宽度相对于基准宽度的增量减小。

4.如权利要求2或3所述的氢燃料电池变流道尺寸流场极板，其特征在于，极板为轴对称结构，两片极板中的一片通过旋转后可另一片焊接在一起，两片极板分别作为阳极、阴极。

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