CN217933866U - 一种燃料电池双极板的气流场结构及电堆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种燃料电池双极板的气流场结构及电堆，燃料电池双极板的气流场结构包括板体，在板体的一端设置有气体进口，在板体的另一端设置有气体出口，在板体的一侧面设置有工作流场区，在工作流场区的两端设置有与工作流场区相连通的流场分配区，流场分配区连通气体进口或气体出口；在流场分配区内设置有多个导流线段，相邻导流线段之间呈并排布置，每个导流线段均是由若干个导流条排布形成，组成每个导流线段的相邻导流条之间间隔开。本实用新型通过在流场分配区合理设置导流条等结构，从而有利于减小整体气体流速差异，保证整体气流分布均匀性，进而提升燃料电池性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，具体地说是涉及燃料电池用双极板，更为具体地说是涉及一种燃料电池双极板的气流场结构，以及采用该气流场结构双极板的电堆。
背景技术
氢燃料电池是一种不需要经过卡诺循环的电化学产电装置，其能量转化率高。氢气和氧气在燃料电池中发生电化学反应，产生电、热和水。在能量转化中，不产生污染物，所以氢燃料电池被认为是一种环境友好的能源装置，是解决能源环境危机的最优方案。双极板是燃料电池核心组件之一，是电堆中的“骨架”，在燃料电池中起到支撑、收集电流、为冷却液提供通道、分隔氧化剂和还原剂等作用。现有双极板多存在气体分配均匀性差的问题，或有些双极板为了提升气体分配的均匀性，采用复杂的条状或密集的点状凸起等结构设计，增大了加工难度和制造成本。
实用新型内容
基于上述技术问题，本实用新型提出一种燃料电池双极板的气流场结构及电堆。
本实用新型所采用的技术解决方案是：
一种燃料电池双极板的气流场结构，包括板体，在板体的一端设置有气体进口，在板体的另一端设置有气体出口，在板体的一侧面设置有工作流场区，在工作流场区的两端设置有与工作流场区相连通的流场分配区，流场分配区连通气体进口或气体出口；
在流场分配区内设置有多个导流线段，相邻导流线段之间呈并排布置，每个导流线段均是由若干个导流条排布形成，组成每个导流线段的相邻导流条之间间隔开。
优选的，所述流场分配区的一侧边为工作流场区边界，流场分配区的另一侧边由依次连接的第一侧边、第二侧边和第三侧边组成，在第一侧边处设置有与气体进口或气体出口相连通的条形腔室。
优选的，所述流场分配区包括第一分配区和第二分配区，所述导流线段呈弯折状，包括第一线段和第二线段，第一线段处于第一分配区中，第二线段处于第二分配区中。
优选的，所述相邻导流线段之间设置有分配条。
优选的，所述分配条的宽度为0.5-0.8mm。
优选的，所述分配条包括第一条形体和第二条形体，第一条形体与第二侧边的夹角为0-40度，第二条形体与第三侧边平行布置。
优选的，所述导流条为两端半圆、中间呈长方形的结构；导流条的宽度为0.8-1.2mm；相邻导流线段之间的宽度为0.6-1.5mm。
优选的，在流场分配区的端部设置有柱状凸起。
优选的，所述工作流场区内设置有若干条波形流道。
优选的，所述波形流道的宽度为0.6-0.8mm。
一种电堆，包括若干个双极板，该双极板采用如上所述的气流场结构。
本实用新型的有益技术效果是：
1、本实用新型通过在流场分配区合理设置导流条、分配条等结构，从而有利于减小整体气体流速差异，保证整体气流分布均匀性，进而提升燃料电池性能。
2、本实用新型还对导流条的形状以及分配条的伸展角度等进行设置，从而有利于降低压降，进一步提高分配均匀性。
3、本实用新型在燃料电池双极板气流场分配区的端部设置有柱状凸起，可起到扰流的作用，进一步分散进入工作流场区的气流；同时，柱状凸起还可对膜电极起到支撑作用。
4、本实用新型通过气流场分配区与工作流场区内波形流道配合，使气流均匀分散进入流道并均匀排出，传质效率高，提高燃料电池性能。
5、本实用新型还具有加工方便，制造成本低等优点。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型一种实施方式的结构原理示意图；
图2为图1的局部结构示意图，主要示出流场分配区部分结构。
具体实施方式
结合附图，一种燃料电池双极板的气流场结构，包括板体1，在板体1的一端设置有阴极气体进口2、冷却液进口3和阳极气体出口4，在板体1的另一端设置有阴极气体出口5、冷却液出口6和阳极气体进口7。在板体1的一侧面设置有工作流场区8，在工作流场区8的两端设置有与工作流场区相连通的流场分配区9，流场分配区9连通气体进口或气体出口，如一端的流场分配区9连通阴极气体进口2，另一端的流场分配区9连通阴极气体出口5。在流场分配区内设置有多个导流线段，相邻导流线段之间呈并排布置，每个导流线段均是由若干个导流条10排布形成，组成每个导流线段的相邻导流条10之间间隔开。
上述板体1可为石墨板体。上述导流条10为两端半圆、中间呈长方形的结构，减少流动阻力，降低压降。导流条10的宽度为0.8-1.2mm，导流条总长度为2-5mm；相邻导流线段之间的宽度为0.6-1.5mm。具体可设置相邻两导流线段之间的宽度逐渐增大，保证在分配区气体平均流量相同。
本实用新型通过在流场分配区9合理设置导流条10等结构，使气体更加均匀的分散至工作流场区，进而提升燃料电池整体性能，同时保证整体气体分布均匀性。
作为对本实用新型的进一步设计，所述流场分配区9的一侧边为工作流场区边界，流场分配区9的另一侧边由依次连接的第一侧边11、第二侧边12和第三侧边13组成，在第一侧边11处设置有与气体进口或气体出口相连通的条形腔室14。所述流场分配区包括第一分配区901和第二分配区902，所述导流线段呈弯折状，包括第一线段和第二线段，第一线段处于第一分配区中，第二线段处于第二分配区中。
更进一步的，所述相邻导流线段之间设置有分配条15。分配条15与工作流场区8的脊相通，多条分配条将流道均匀分为若干部分。所述分配条包括第一条形体和第二条形体，第一条形体处于第一分配区901中，第一条形体与第二侧边12的夹角为0-40度，第二条形体处于第二分配区902中，第二条形体与第三侧边13平行布置。
双极板气流场分配区中相邻分配条15之间的间隔宽度逐渐增大。所述双极板气流场分配区各分配条宽度相同，均为0.2-1mm。
本实用新型通过对导流条的形状以及分配条的伸展角度等进行设置，从而有利于降低压降，进一步提高分配均匀性。
进一步的，在流场分配区的端部设置有柱状凸起16。柱状凸起16的直径为0.8-1.2mm。柱状凸起16的直径大小与导流条、分配条、工作流场区之间形成的空白区域大小相关，空白区域大，柱状凸起直径大。柱状凸起的高度与流场工作区流道的脊高大致相同。本实用新型通过在燃料电池双极板气流场分配区的端部设置有柱状凸起16，可起到扰流的作用，配合分配条15、导流条10，进一步分散进入工作流场区的气流；同时，柱状凸起16还可对膜电极起到支撑作用。
更进一步的，所述工作流场区内设置有若干条波形流道。所述波形流道的宽度为0.4-1mm。分配区与流场区连通，气体经分配区均流分散，均匀流入工作流场区。本实用新型通过气流场分配区与工作流场区内波形流道配合，使气流均匀分散进入流道并均匀排出，传质效率高，提高燃料电池性能。
燃料电池的核心组件电堆是由若干块板体拼装组成。阴极气体经阴极气体进口2进入，经流场分配区9使气流分布均匀，然后进入工作流场区内波形流道，随后经阴极气体出口5排出。本实用新型通过对流场分配区9和工作流场区8的结构布置，可使得整体气流分布均匀，传质效率高，提高燃料电池性能。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：包括板体，在板体的一端设置有气体进口，在板体的另一端设置有气体出口，在板体的一侧面设置有工作流场区，在工作流场区的两端设置有与工作流场区相连通的流场分配区，流场分配区连通气体进口或气体出口；
在流场分配区内设置有多个导流线段，相邻导流线段之间呈并排布置，每个导流线段均是由若干个导流条排布形成，组成每个导流线段的相邻导流条之间间隔开。
2.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述流场分配区的一侧边为工作流场区边界，流场分配区的另一侧边由依次连接的第一侧边、第二侧边和第三侧边组成，在第一侧边处设置有与气体进口或气体出口相连通的条形腔室。
3.根据权利要求2所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述流场分配区包括第一分配区和第二分配区，所述导流线段呈弯折状，包括第一线段和第二线段，第一线段处于第一分配区中，第二线段处于第二分配区中。
4.根据权利要求2所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述相邻导流线段之间设置有分配条。
5.根据权利要求4所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述分配条的宽度为0.5-0.8mm。
6.根据权利要求4所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述分配条包括第一条形体和第二条形体，第一条形体与第二侧边的夹角为0-40度，第二条形体与第三侧边平行布置。
7.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述导流条为两端半圆、中间呈长方形的结构；导流条的宽度为0.8-1.2mm；相邻导流线段之间的宽度为0.6-1.5mm。
8.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：在流场分配区的端部设置有柱状凸起。
9.根据权利要求1所述的一种燃料电池双极板的气流场结构，其特征在于：所述工作流场区内设置有若干条波形流道；所述波形流道的宽度为0.6-0.8mm。
10.一种电堆，包括若干个双极板，其特征在于：所述双极板采用如权利要求1-9中任一权利要求所述的气流场结构。
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