CN218351508U - 流场结构及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种流场结构及燃料电池，涉及燃料电池的技术领域，包括流场板主体；流场板主体上开设有流道，流道包括直流道和弯折流道；直流道和弯折流道延伸流通，直流道和弯折流道用于共同形成流体输送通道；其中，直流道可以保证流体的输送量，弯折流道可以加长流道，通过直流道和弯折流道的组合方式，有利于将燃料电池阳极反应气体更好的渗透到燃料电池催化层，且改善燃料电池阴极流场气体分布不均，易水淹，流道气体进出口压降大的现象，从而提高了燃料电池性能。

Description

流场结构及燃料电池

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种流场结构及燃料电池。

背景技术

燃料电池对于解决环境污染、能源危机具有十分重要的意义；燃料电池有许多不同类型，但均由阳极、阴极和电解质组成，电解质可以使电荷在燃料电池两侧之间移动；由于其高能量密度，低工作温度，快速启动和零排放，在汽车工业中广泛应用了质子交换膜燃料电池。质子交换膜燃料电池是一种使用氢气作为燃料和空气作为氧化剂，将化学能直接转化为电能的化学装置。在燃料电池堆组件中，双极板被认为是至关重要的组件之一，它可将燃料和氧化剂供应到反应位点，去除反应产物，收集产生的电流并为堆中的电池提供机械支撑。

现有技术中，常见的双极板流场的流道形式有直通道、S形流道、交指型流道、变截面直流道及新型流道等。直流道结构简单易加工，但是由于流道短，反应气体存留流道时间较短，不利于反应气到达催化剂层发生电化学反应，排水功能较差。S形流道由于流道长，有利于反应气体渗透到催化层，产生的水易排出，但是流道两端反应气体压力降大，不利于气体的充分利用和气体分布的均匀性。交指型流道通过强制对流，迫使反应气体和水蒸气到达扩散层，虽然交指型流道排水能力较好，但是具有明显的压力降损耗。变截面直通道分别从宽度和深度交替变化，使反应气体在流动过程中更流畅，但是极大地增加了加工难度，提高了加工成本。

但是，现有技术中流场中，如果采用单一结构的流道结构，在使用过程中仍然会出现阴极流场气体分布不均，易水淹，气体进出口压降大的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种流场结构及燃料电池，以能够实现易于排水、低浓差极化以及电流分布均匀的技术效果。

本实用新型提供的一种流场结构，包括：流场板主体；

所述流场板主体上开设有流道，所述流道包括直流道和弯折流道；所述直流道和所述弯折流道延伸流通，所述直流道和所述弯折流道用于共同形成流体输送通道。

在本实用新型较佳的实施例中，所述直流道包括第一直流道和第二直流道；

所述第一直流道和所述第二直流道分别位于所述弯折流道的两端，所述第一直流道、所述弯折流道和所述第二直流道依次连通。

在本实用新型较佳的实施例中，所述流场板主体上还开设有进气口和出气口；

所述第一直流道与所述进气口连通，所述第二直流道与所述出气口连通。

在本实用新型较佳的实施例中，所述流道设置有多组，多组所述流道共用一个所述进气口和所述出气口，每个所述第一直流道与所述进气口呈垂直布置，且每个所述第二直流道与所述出气口呈垂直布置。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括挡块；

所述挡块位于所述直流道内部，所述挡块与所述直流道的一侧侧壁连接，且所述挡块朝向所述直流道的另一侧侧壁延伸，所述挡块用于对流经所述直流道内的流体形成阻碍。

在本实用新型较佳的实施例中，所述挡块设置有多个，多个所述挡块沿着所述直流道的延伸方向间隔布置，且任意相邻的两个所述挡块分别呈错位布置于所述直流道相对的两侧。

在本实用新型较佳的实施例中，所述挡块的延伸长度小于或等于所述直流道间距的三分之一。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括憎水层；

所述憎水层沿着所述直流道和所述弯折流道形成的输送通道表面延伸铺设。

在本实用新型较佳的实施例中，所述憎水层涂敷于所述输送通道表面，且所述憎水层能够渗透气体。

在本实用新型较佳的实施例中，所述弯折流道包括蛇形流道；

所述蛇形流道呈S型延伸布置。

本实用新型提供的燃料电池，包括所述的流场结构。

本实用新型提供的流场结构，包括：流场板主体；流场板主体上开设有流道，流道包括直流道和弯折流道；直流道和弯折流道延伸流通，直流道和弯折流道用于共同形成流体输送通道；其中，直流道可以保证流体的输送量，弯折流道可以加长流道，通过直流道和弯折流道的组合方式，有利于将燃料电池阳极反应气体更好的渗透到燃料电池催化层，且改善燃料电池阴极流场气体分布不均，易水淹，流道气体进出口压降大的现象，从而提高了燃料电池性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。

图1为本实用新型实施例提供的流场结构的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的流场结构的俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的流场结构位于直流道位置处的局部放大结构示意图。

图标：10-流场板主体；20-流道；100-直流道；101-第一直流道；102-第二直流道；200-弯折流道；300-进气口；400-出气口；500-挡块。

具体实施方式

下面将结合实施例对本实用新型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。

如图1-图3所示，本实施例提供的一种流场结构，包括：流场板主体10；流场板主体10上开设有流道20，流道20包括直流道100和弯折流道200；直流道100和弯折流道200延伸流通，直流道100和弯折流道200用于共同形成流体输送通道。

需要说明的是，本实施例提供的流场结构能够针对双极板的流道20进行设置，即流场板主体10可以为双极板，具体地，在流场板主体10的流场流道进行改进，通过将输送通道采用直流道100和弯折流道200的组合，其中，弯折流道200能够在不改变流场板主体10的延伸长度的基础上，加长反应气体输送的路径，利于将燃料电池阳极反应气体渗透到燃料电池催化层；并且直流道100与弯折流道200连通，利用直流道100可以保证流体进入到弯折流道200或者经弯折流道200流出后，方便通过直流道100对流体进行输送，同时可以通过调节直流道100和弯折流道200的各自的占比长度，保证进入到流场的流体的输送速率，进而实现反应气渗透好、易于排水、低浓差极化以及电流分布均匀的性能良好的流场结构。

可选地，直流道100和弯折流道200的数量均可以设置有多组，即通过将直流道100和弯折流道200间隔布置，从而可以更好将直流道100和弯折流道200形成输送通道，保证流体的输送。

本实施例提供的流场结构，包括：流场板主体10；流场板主体10上开设有流道20，流道20包括直流道100和弯折流道200；直流道100和弯折流道200延伸流通，直流道100和弯折流道200用于共同形成流体输送通道；其中，直流道100可以保证流体的输送量，弯折流道200可以加长流道，通过直流道100和弯折流道200的组合方式，有利于将燃料电池阳极反应气体更好的渗透到燃料电池催化层，且改善燃料电池阴极流场气体分布不均，易水淹，流道气体进出口压降大的现象从而提高了燃料电池性能。

在上述实施例的基础上，进一步地，在本实用新型较佳的实施例中，直流道100包括第一直流道101和第二直流道102；第一直流道101和第二直流道102分别位于弯折流道200的两端，第一直流道101、弯折流道200和第二直流道102依次连通。

本实施例中，第一直流道101和第二直流道102作为弯折流道200两端的进出口结构，其中，气体依次流经第一直流道101、弯折流道200和第二直流道102进行输送，并且基于第一直流道101和第二直流道102流体输送存留时间短，方便输送的特性，通过第一直流道101和第二直流道102缩短弯折流道200的输送路径长度，既能够通过弯折流道200保证反应气体渗透至催化层，还能够通过第一直流道101和第二直流道102改善流道20两端气体压降大的问题，利于气体的充分利用和气体分布均匀。

在本实用新型较佳的实施例中，流场板主体10上还开设有进气口300和出气口400；第一直流道101与进气口300连通，第二直流道102与出气口400连通。

本实施例中，第一直流道101和第二直流道102分别和弯折流道200的两端连通，弯折流道200通过第一直流道101和第二直流道102分别与进气口300和出气口400连通，通过进气口300对流场输送反应气体，出气口400将产生的气体排出，改善了流场气体分布不均，易水淹，气体进出口压降大的现象。

可选地，流道20可以间隔布置有多组，多组流道20共用一个进气口300和出气口400，并且每个第一直流道101与进气口300呈垂直布置，通过进气口300可以同步向多组第一直流道101输送流体；同样地，第二直流道102可以间隔布置有多组，并且每个第二直流道102与出气口400呈垂直布置，通过多组第二直流道102可以同步向出气口400输送流体。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括挡块500；挡块500位于直流道100内部，挡块500与直流道100的一侧侧壁连接，且挡块500朝向直流道100的另一侧侧壁延伸，挡块500用于对流经直流道100内的流体形成阻碍。

本实施例中，挡块500可以相对于直流道100的侧壁延伸出的凸起结构，即当进气口300经直流道100输送反应气体时，直流道100可以通过挡块500对反应气体形成阻碍，利用挡块500可以在降低气体流阻的同时也能促进反应气体渗透到催化层。

在本实用新型较佳的实施例中，挡块500设置有多个，多个挡块500沿着直流道100的延伸方向间隔布置，且任意相邻的两个挡块500分别呈错位布置于直流道100相对的两侧。

需要说明的是，第一直流道101和第二直流道102均设置有挡块500，并且以第一直流道101的延伸方向，多个挡块500呈间隔错位布置，并且相邻的两个挡块500分别与第一直流道101的相对的两个侧壁连接；同样地，以第二直流道102的延伸方向，多个挡块500呈间隔错位布置，并且相邻的两个挡块500分别与第二直流道102的相对的两个侧壁连接。

在本实用新型较佳的实施例中，挡块500的延伸长度小于或等于直流道100间距的三分之一。

优选地，挡块500的延伸长度等于直流道100间距的三分之一，即第一直流道101位于挡块500位置时，第一直流道101的输送通道的输送流量为整体间距的三分之二，通过多个挡块500依次错位布置，改善了直流道100反应气体存在时间短，气量分布不均一的问题。

在本实用新型较佳的实施例中，还包括憎水层；憎水层沿着直流道100和弯折流道200的输送通道表面延伸铺设。

在本实用新型较佳的实施例中，憎水层涂敷于输送通道表面，且憎水层能够渗透气体。

本实施例中，憎水层可以通过将憎水材料涂敷于直流道100以及弯折流道200的表面，通过憎水层可以改善阴极流道易水淹的现象。

可选地，憎水材料可以针对燃料电池领域中现有的憎水材料进行选用，其中憎水层能够在保证憎水性的基础上，还能够保证反应气体的渗透作用，此处对憎水材料的选用不作限定。

在本实用新型较佳的实施例中，弯折流道200包括蛇形流道；蛇形流道呈S型延伸布置。

本实施例中，S型延伸布置的蛇形流道位于输送通道的中间位置，利用蛇形流道反应流道长，有利于反应气体渗透到催化层，反应气量大，阴极产生的水易于排出；进一步地，通过在蛇形通道的前后两端布置有第一直流道101和第二直流道102实现了制作工艺简单，结构简单、合理，易于加工生产，成本低，改善阴极流场气体分布不均，易水淹，气体进出口压降大的现象，适合推广应用。

本实施例提供的燃料电池，包括所述的流场结构；由于本实施例提供的燃料电池的技术效果与上述实施例提供的流场结构的技术效果相同，此处对此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种流场结构，其特征在于，包括：流场板主体(10)；

所述流场板主体(10)上开设有流道(20)，所述流道(20)包括直流道(100)和弯折流道(200)；所述直流道(100)和所述弯折流道(200)延伸流通，所述直流道(100)和所述弯折流道(200)用于共同形成流体输送通道。

2.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于，所述直流道(100)包括第一直流道(101)和第二直流道(102)；

所述第一直流道(101)和所述第二直流道(102)分别位于所述弯折流道(200)的两端，所述第一直流道(101)、所述弯折流道(200)和所述第二直流道(102)依次连通。

3.根据权利要求2所述的流场结构，其特征在于，所述流场板主体(10)上还开设有进气口(300)和出气口(400)；

所述第一直流道(101)与所述进气口(300)连通，所述第二直流道(102)与所述出气口(400)连通。

4.根据权利要求3所述的流场结构，其特征在于，所述流道(20)设置有多组，多组所述流道(20)共用一个所述进气口(300)和所述出气口(400)，每个所述第一直流道(101)与所述进气口(300)呈垂直布置，且每个所述第二直流道(102)与所述出气口(400)呈垂直布置。

5.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于，还包括挡块(500)；

所述挡块(500)位于所述直流道(100)内部，所述挡块(500)与所述直流道(100)的一侧侧壁连接，且所述挡块(500)朝向所述直流道(100)的另一侧侧壁延伸，所述挡块(500)用于对流经所述直流道(100)内的流体形成阻碍。

6.根据权利要求5所述的流场结构，其特征在于，所述挡块(500)设置有多个，多个所述挡块(500)沿着所述直流道(100)的延伸方向间隔布置，且任意相邻的两个所述挡块(500)分别呈错位布置于所述直流道(100)相对的两侧。

7.根据权利要求1所述的流场结构，其特征在于，还包括憎水层；

所述憎水层沿着所述直流道(100)和所述弯折流道(200)形成的输送通道表面延伸铺设。

8.根据权利要求7所述的流场结构，其特征在于，所述憎水层涂敷于所述输送通道表面，且所述憎水层能够渗透气体。

9.根据权利要求1-8任一项所述的流场结构，其特征在于，所述弯折流道(200)包括蛇形流道；

所述蛇形流道呈S型延伸布置。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的流场结构。

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