CN218647983U - 一种具有抑制回流功能的极板流道结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种具有抑制回流功能的极板流道结构，适用于燃料电池极板，包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；所述流道本体的一侧壁设置有第一阶梯，所述第一阶梯包括多级相连接的第一台阶；所述流道本体的另一侧壁设置有第二阶梯，所述第二阶梯包括多级相连接的第二台阶；以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第一台阶与所述第二台阶交错设置。本实用新型结构能够大大降低流体的回流速度，避免了出现回流现象，能够增大气体在流道内的扰动，从而有效增加流向扩散层的气体量，有效提升气体的反应利用率。

Description

一种具有抑制回流功能的极板流道结构

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别是涉及一种具有抑制回流功能的极板流道结构。

背景技术

面对当今国内乃至全球日益严格的尾气排放标准及未来的能源危机，各大汽车厂商都在研发低排放的新能源技术，以适应这一发展趋势，其中燃料电池汽车是目前各大车企大力研发的领域之一。燃料电池具有清洁、高效等诸多优点，受到越来越多的人们的关注。

双极板作为燃料电池的核心部件，在燃料电池中起到分配气体、导电导热以及排水等重要作用。极板的性能在很大程度上取决于流场结构。目前，流场一般包括传统流场和新型流场；常规的传统流场有直通道、蛇形和交指型等，新型流场包括仿生流场、螺旋流畅以及3D流场等等。直通道流场为最基本的流场，一般具有较多的互相平行的流场通道，流场距离短，进出口压损小，通道并联有利于反应气体及冷却水在通道内的均匀分布，能实现电流密度及电池温度的均匀分布，且结构简单、易加工。但是，反应气体在直流道流场中存留时间短，气体利用率低，气体流速相对较低，产生的水不能及时排出，容易造成堵水。而且，大功率电堆结构的极板体积往往更大、流道更长，更容易出现欠气、反气现象而导致较大的气体压降和出口气体回流的问题。

实用新型内容

基于此，本实用新型实施例提供一种具有抑制回流功能的极板流道结构，旨在解决现有的反应气体在直流道流场中存留时间短，气体利用率低，气体流速相对较低，产生的水不能及时排出，容易造成堵水，大功率电堆容易出现欠气、反气现象而导致较大的气体压降和出口气体回流等问题。本实用新型结构能够大大降低流体的回流速度，避免了出现回流现象，能够增大气体在流道内的扰动，从而有效增加流向扩散层的气体量，有效提升气体的反应利用率。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种具有抑制回流功能的极板流道结构，适用于燃料电池极板，包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；

所述流道本体的一侧壁设置有第一阶梯，所述第一阶梯包括多级相连接的第一台阶；所述流道本体的另一侧壁设置有第二阶梯，所述第二阶梯包括多级相连接的第二台阶；以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第一台阶与所述第二台阶交错设置。

作为优选的实施方式，从所述第一端口至所述第二端口的方向为流体的低阻方向，从所述第二端口至所述第一端口的方向为流体的高阻方向。

作为优选的实施方式，所述第一台阶的拐角与所述第二台阶的阶面的中心相对设置；所述第二台阶的拐角与所述第一台阶的阶面的中心相对设置。

作为优选的实施方式，所述第一台阶的拐角≥90°，所述第二台阶的拐角≥90°。

作为优选的实施方式，以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第一台阶的阶面向下倾斜设置。

作为优选的实施方式，以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第二台阶的阶面向上倾斜设置。

作为优选的实施方式，所述第一台阶的最大垂直高度为0.12mm～0.16mm，所述第二台阶的最大垂直高度为0.12mm～0.16mm。

作为优选的实施方式，所述第一端口、所述流道本体和所述第二端口一体成型设置。

本实用新型实施例还提供所述具有抑制回流功能的极板流道结构的应用，所述具有抑制回流功能的极板流道结构可以应用于燃料电池的极板。

作为优选的实施方式，所述燃料电池的极板上设置有多个所述具有抑制回流功能的极板流道结构，多个所述具有抑制回流功能的极板流道结构相互平行设置。

本实用新型通过在流道主体的侧壁设置阶梯结构，在保留直流道优势的同时，能够有效增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率，用于大功率电堆时也不会出现欠气、反气现象，能够避免较大气体压降和出口气体回流的问题。本实用新型结构能够大大降低流体的回流速度，避免了出现回流现象，能够增大气体在流道内的扰动，从而有效增加流向扩散层的气体量，有效提升气体的反应利用率。而且，本申请的结构简单美观、能耗较低，经济实用，安装方便，可加工性好，可以应用于燃料电池系统中进行使用。

附图说明

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，下面将对实施例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示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型一实施例的具有抑制回流功能的极板流道结构的主视图(其中，F为省略符)；

图2为图1在E处的局部结构放大示意图；

图3为图1的具有抑制回流功能的极板流道结构的立体结构示意图(其中， G为省略符)；

图4为本实用新型一实施例的具有抑制回流功能的极板流道结构的极板的结构主视图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

目前，直通道流场为最基本的流场，一般具有较多的互相平行的流场通道，流场距离短，进出口压损小，通道并联有利于反应气体及冷却水在通道内的均匀分布，能实现电流密度及电池温度的均匀分布，且结构简单、易加工。但是，反应气体在直流道流场中存留时间短，气体利用率低，气体流速相对较低，产生的水不能及时排出，容易造成堵水。而且，大功率电堆结构的极板体积往往更大、流道更长，更容易出现欠气、反气现象而导致较大的气体压降和出口气体回流的问题。为了解决上述技术问题，本实用新型提出了一种具有抑制回流功能的极板流道结构。

具体的，如图1至图3所示，本实用新型一实施例提供一种具有抑制回流功能的极板流道结构，适用于燃料电池极板100，包括依次连接的第一端口10、流道本体20和第二端口30；

所述流道本体20的一侧壁设置有第一阶梯21，所述第一阶梯21包括多级相连接的第一台阶211；所述流道本体20的另一侧壁设置有第二阶梯22，所述第二阶梯22包括多级相连接的第二台阶221；以所述第一端口10至所述第二端口30的方向为走向，所述第一台阶211与所述第二台阶221交错设置。

通过将第一台阶211与第二台阶221交错(指的是相对、且错开设置)设置，在保留直流道优势的同时，能够有效增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率，且能够有效避免第二端口的流体回流。

作为优选的实施方式，从所述第一端口10至所述第二端口30的方向为流体的低阻方向，从所述第二端口30至所述第一端口10的方向为流体的高阻方向。这样，能够更好的提高气体的利用率，避免第二端口30的流体回流。

作为优选的实施方式，所述第一台阶211的拐角2111(包括外拐角2111A 和内拐角2111B)与所述第二台阶221的阶面2211的中心相对设置；所述第二台阶221的拐角2212(包括外拐角2212C和内拐角2212D)与所述第一台阶211 的阶面2112的中心相对设置。这样，能够很好的保证第一台阶211和第二台阶 221交错设置，进一步增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率。

作为优选的实施方式，所述第一台阶211的拐角2111(包括外拐角2111A 和内拐角2111B)≥90°，所述第二台阶221的拐角2212(包括外拐角2212C和内拐角2212D)≥90°。这样，能够很好的保证流道不会把压在上面的碳纸刺破，同时又能够有效增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率。

在本申请实施例中，外拐角指的是远离流道本体中心的拐角，内拐角指的是靠近流道本体中心的拐角。

作为优选的实施方式，以所述第一端口10至所述第二端口30的方向为走向，所述第一台阶211的阶面2112向下倾斜设置。这样，能够很好的保证第一台阶211的拐角保持圆角，进而保证流道不会把压在上面的碳纸刺破，同时又能够有效增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率。

作为优选的实施方式，以所述第一端口10至所述第二端口30的方向为走向，所述第二台阶221的阶面2211向上倾斜设置。这样，能够很好的保证第二台阶221的拐角保持圆角，进而保证流道不会把压在上面的碳纸刺破，同时又能够有效增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率。

作为优选的实施方式，所述第一台阶211的最大垂直高度为0.12mm～ 0.16mm，所述第二台阶221的最大垂直高度为0.12mm～0.16mm。这样，在保留直流道优势的同时，能够保证第一台阶211与第二台阶221有效抑制第二端口的流体回流。

作为优选的实施方式，所述第一端口10、所述流道本体20和所述第二端口30一体成型设置。

本实用新型实施例还提供所述具有抑制回流功能的极板流道结构的应用，所述具有抑制回流功能的极板流道结构可以应用于燃料电池的极板。

作为优选的实施方式，如图4所示，所述燃料电池的极板100上设置有多个所述具有抑制回流功能的极板流道结构，多个所述具有抑制回流功能的极板流道结构相互平行设置。本申请的具有抑制回流功能的极板流道结构占用空间更小，相同的极板规格，能设置更多数目的本申请流道结构，这样，更能增加气体在流道的流量，促进气体的有效反应。

本实用新型通过在流道主体的侧壁设置阶梯结构，在保留直流道优势的同时，能够有效增加反应气体在流道中的存留时间，有效提高气体的利用率，用于大功率电堆时也不会出现欠气、反气现象，能够避免较大气体压降和出口气体回流的问题。本实用新型结构能够大大降低流体的回流速度，避免了出现回流现象，能够增大气体在流道内的扰动，从而有效增加流向扩散层的气体量，有效提升气体的反应利用率。而且，本申请的结构简单美观、能耗较低，经济实用，安装方便，可加工性好，可以应用于燃料电池系统中进行使用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，适用于燃料电池极板，包括依次连接的第一端口、流道本体和第二端口；

所述流道本体的一侧壁设置有第一阶梯，所述第一阶梯包括多级相连接的第一台阶；所述流道本体的另一侧壁设置有第二阶梯，所述第二阶梯包括多级相连接的第二台阶；以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第一台阶与所述第二台阶交错设置。

2.根据权利要求1所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，从所述第一端口至所述第二端口的方向为流体的低阻方向，从所述第二端口至所述第一端口的方向为流体的高阻方向。

3.根据权利要求1所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，所述第一台阶的拐角与所述第二台阶的阶面的中心相对设置；所述第二台阶的拐角与所述第一台阶的阶面的中心相对设置。

4.根据权利要求1所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，所述第一台阶的拐角≥90°，所述第二台阶的拐角≥90°。

5.根据权利要求1所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第一台阶的阶面向下倾斜设置。

6.根据权利要求5所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，以所述第一端口至所述第二端口的方向为走向，所述第二台阶的阶面向上倾斜设置。

7.根据权利要求1所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，所述第一台阶的最大垂直高度为0.12mm～0.16mm，所述第二台阶的最大垂直高度为0.12mm～0.16mm。

8.根据权利要求1所述的具有抑制回流功能的极板流道结构，其特征在于，所述第一端口、所述流道本体和所述第二端口一体成型设置。

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