CN219677284U - 一种燃料电池双极板分配区结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种燃料电池双极板分配区结构。该分配区包括进气口、导流区和活性区；所述导流区包括若干排按规律布设的导流柱与导流头；所述导流区的一端连接所述进气口，另一端连接活性区；所述导流柱呈凸起结构，所述按规律布设的导流柱，导流柱排列方向为横向与活性区入口方向夹角为90°，纵向与活性区入口方向相同，所述导流柱靠近活性区的最后一排与导流头之间存在间距，导流头宽度大于或等于活性区流道肋部宽，导流头长度方向与活性区入口方向相同，相邻导流头之间的间距从活性区连通处中心位置向外逐渐减小。本实用新型提供的分配区采用具有一定规律的导流柱，组合上一定规律变化间距的导流头，具有流阻小，分配均匀的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于燃料电池领域，具体涉及一种燃料电池双极板分配区。
背景技术
质子交换膜燃料电池因为高效率、零碳排放、零污染的特点被广泛关注。其中双极板是质子交换膜燃料电池的核心组件之一。双极板具有支撑电堆，收集电流、排水排热、分配反应气体的作用，被称为燃料电池的骨架。双极板中的分配区的主要作用是分配反应气体，使反应气体均匀进入活性区，并且为膜电极提供支撑，保持膜电极的均匀受力。双极板的设计影响电堆的性能与寿命。
流量的均匀分配对燃料电池性能非常重要。现有的分配区设计中，常见的是导流条设计或者导流柱设计或者是两者组合，但是要么存在流阻过大的问题、要么存在分配不均的问题。可见现有技术中燃料电池双极板的分配区设计不合理，容易导致流动分配不均、极板压力损失过高，反应物传输传质能力差，反应效率低，进而导致燃料电池性能下降的问题。目前，在燃料电池的极板设计当中，常常通过设置分配区起到流量分配的作用。分配区常采用按一定规律排布的导流柱设计，导流柱导流作用较弱，但能为膜电极提供有效的支撑效果，另一种是采用导流条的设计，导流条导流效果好，但是需要精确的设计才能实现反应气体流量的均匀分配，此外，不合理、长度过长或者间距过小都会导致导流区流动空间太小，进而导致分配区存在压降过大的问题。
如专利CN115050986A提出了一种流线型分配区结构及极板，但没有采用强制导流方式，流量的分配效果差。专利CN211507776U采用多层导流条配合导流柱辅助导流，但这样会导致分配区过于拥挤，压降过大。
实用新型内容
本实用新型提供的分配区采用导流柱加上按一定规律变化间距的导流头的设计，具有流阻小，分配均匀的优点。
本实用新型技术方案如下。
一种燃料电池双极板分配区结构。该分配区包括进气口、导流区和活性区；所述导流区包括若干排按规律布设的导流柱与导流头；所述导流区的一端连接所述进气口，所述导流区的另一端连接活性区；所述进气口通过一段槽口与所述导流区连接，需要注意的是，连接的槽口形状可以为圆角槽口，也可以是方型槽口，连接的方式也可以采用流道。所述导流柱呈凸起结构，所述按规律布设的导流柱，导流柱排列方向为横向与活性区入口方向夹角为90°，纵向与活性区入口方向相同，所述导流柱靠近活性区的最后一排与导流头之间存在间距，所述导流头与活性区流道的肋部连接，导流头宽度大于或等于活性区流道肋部宽，导流头长度方向与活性区入口方向相同，相邻导流头之间的间距从活性区连通处中心位置向外逐渐减小，相邻导流头之间间距为0.5-1.5mm。本实用新型提供的分配区采用具有一定规律的导流柱，组合上一定规律变化间距的导流头，具有流阻小，分配均匀的优点。
进一步地，相邻导流柱的间距为1-3mm。
进一步地，所述槽口形状为圆角槽口或方型槽口；连接的方式也可以采用流道。
进一步地，与导流区连通的进气口的反应气体的气流方向与活性区入口方向的夹角为0-90°，优选0-60°。
进一步地，所述导流头形状为圆形，也可以是三角形，方形与椭圆或者是圆角矩形等其他形状。
进一步地，所述导流头的长度为2-5mm。
进一步地，所述导流柱的横截面为圆形，也可以是三角形，矩形与椭圆、圆角矩形或者楔形等其它形状。
进一步地，所述导流柱靠近活性区的最后一排与导流头间距为0.5-4mm，优选2mm。
原理说明：反应气体从进气口进入导流区，经过阵列的导流柱后再经过导流头强制导流，再进入活性区参与反应。导流柱起到导流作用的同时为膜电极提供支撑，导流柱排列方向为横向与活性区入口方向夹角为90°，纵向与活性区入口方向相同，这样反应气体经过导流柱阵列时将不会受到太大阻力，导流头提供强制导流作用，导流头之间的间距从活性区连通处中心向外逐渐减小，这是因为经过导流柱导流，若无导流头导流而直接进入活性区的反应气体存在流量分布“中间低两端高”的特点，两端间距逐渐减小的导流头将限制反应气体往两端走，更多的流向中间区域，从而提高反应气体分配均匀性，因为导流头长度短，不会占用太多导流区空间，因此压降较低。
本申请中的关键点如下：
1.导流区采用按一定规律排列的导流柱与按一定规律变化间距的导流头的设计；
2.导流柱排列方向为横向与活性区入口方向夹角为90°，纵向与活性区入口方向相同；
3.所述导流头与活性区流道的肋部连接，导流头宽度大于或等于活性区流道肋部宽，导流头长度方向与活性区入口方向相同，所述相邻导流头之间的间距从活性区连通处中心向外逐渐减小。
与现有技术相比，本实用新型的优势在于：
导流柱起到导流作用的同时为膜电极提供支撑，导流柱排列方向为横向与活性区入口方向夹角为90°，纵向与活性区入口方向相同，这样反应气体经过导流柱阵列时将不会受到太大阻力，导流头提供强制导流作用，导流头之间的间距从活性区连通处中心向外逐渐减小，这是因为经过导流柱导流，若无导流头导流而直接进入活性区的反应气体存在流量分布“中间低两端高”的特点，两端间距逐渐减小的导流头将限制反应气体往两端走，更多的流向中间区域，从而提高反应气体分配均匀性，因为导流头长度短，不会占用太多导流区空间，因此压降较低。
附图说明
图1为本实用新型一种新型燃料电池双极板分配区结构示意图；
图2为图1的A处放大图；
图3为本实用新型燃料电池双极板分配区结构的整体结构示意图；
图4为仿真分析得到的常规分配区流道流量分布情况；
图5为仿真分析得到的采用该分配头区流道流量分布情况。
图中各个部件如下：
进气口1、导流区2、导流头3、导流柱4、活性区5、槽口6。
具体实施方式
在下面的描述中结合具体图示阐述了技术方案以便充分理解本实用新型申请。但是本发申请能够以很多不同于在此描述的其他方法来实施，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所做类似推广实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
如图1~3所示，其中图3为电池双极板的导流区2和活性区5示意图；本实施例一种燃料电池双极板分配区结构，包括进气口1、导流区2和活性区5；所述导流区2包括若干排按规律布设的导流柱4与导流头3（本实施例中导流头3横截面形状为圆角矩形，所述导流头3的长度为2mm）；所述导流区2的一端连接所述进气口1，所述导流区2的另一端连接活性区5，导流区2连通的进气口1的反应气体的气流方向与活性区5入口方向的夹角为45°（即图1中槽口6出的箭头与活性区5处的箭头夹角）；所述进气口1通过槽口6与所述导流区2连接，其中，所述导流柱4呈凸起结构，其横截面为圆形，即导流柱为圆柱体状结构，本实施例中，相邻导流柱4的间距为2.5mm；所述按规律布设的导流柱4为：导流柱4排列方向为横向与活性区5入口方向夹角为90°，纵向与活性区5入口方向相同；所述导流柱4靠近活性区5的最后一排与导流头3之间存在间距，本实施例中，该间距为2mm；所述导流头3与活性区5流道的肋部连接，导流头3宽度大于或等于活性区流道肋部宽，导流头3长度方向与活性区5入口方向相同，相邻导流头3之间的间距从活性区5连通处中心位置向外逐渐减小，相邻导流头3之间间距为0.5-1.5mm，本实施例中，中心位置处（图1中a处），相邻导流头3之间间距为1.5mm，向外逐渐减小，如图1中b处相邻导流头3之间间距为0.5mm。本实施例中，槽口形状为圆角槽口。
本实施例中一种燃料电池双极板分配区结构，采用fluent仿真分析得，如图4、图5所示，传统只有导流柱的分配区的流道流量分布具有两边高，中间低的特点，采用本分配区的流道流量分布明显改善这中现象，采用本分配区的流道流量分布比传统只有导流柱的分配区流道流量分布均匀性好，流道流量方差降低84.0%。
实施例2
本实施例结构与实施例1相同，只是槽口6形状为方型槽口。
实施例3
本实施例结构与实施例1相同，只是导流头3形状为矩形。
实施例4
本实施例结构与实施例1相同，只是所述导流柱4的横截面为三角形。
实施例5
本实施例结构与实施例1相同，只是所述导流柱4的横截面为方形。
实施例6
本实施例结构与实施例1相同，只是所述导流柱4的横截面为椭圆。
实施例7
本实施例结构与实施例1相同，只是所述导流柱4靠近活性区5的最后一排与导流头3间距为4mm。
尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，包括进气口（1）、导流区（2）和活性区（5）；所述导流区（2）包括若干排按规律布设的导流柱（4）与导流头（3）；
所述导流区（2）的一端连接所述进气口（1），所述导流区（2）的另一端连接活性区（5）；所述进气口（1）通过槽口（6）与所述导流区（2）连接，其中，所述导流柱（4）呈凸起结构；所述按规律布设的导流柱（4）为：导流柱（4）排列方向为横向与活性区（5）入口方向夹角为90°，纵向与活性区（5）入口方向相同；所述导流柱（4）靠近活性区（5）的最后一排与导流头（3）之间存在间距，所述导流头（3）与活性区（5）流道的肋部连接，导流头（3）宽度大于或等于活性区流道肋部宽，导流头（3）长度方向与活性区（5）入口方向相同，相邻导流头（3）之间的间距从活性区（5）连通处中心位置向外逐渐减小，相邻导流头（3）之间间距为0.5-1.5mm。
2.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，相邻导流柱（4）的间距为1-3mm。
3.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，所述槽口（6）形状为圆角槽口或方型槽口。
4.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，与导流区（2）连通的进气口（1）的反应气体的气流方向与活性区（5）入口方向的夹角为0-90°。
5.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，与导流区（2）连通的进气口（1）的反应气体的气流方向与活性区（5）入口方向的夹角为0-60°。
6.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，所述导流头（3）形状为矩形、圆角矩形或三角型。
7.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，所述导流头（3）的长度为2-5mm。
8.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，所述导流柱（4）的横截面为圆形、三角形、方形、椭圆或者是圆角矩形。
9.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，所述导流柱（4）靠近活性区（5）的最后一排与导流头（3）间距为0.5-4mm。
10.根据权利要求1所述燃料电池双极板分配区结构，其特征在于，所述导流柱（4）靠近活性区（5）的最后一排与导流头（3）间距为2mm。
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