CN220367942U - 变周期的燃料电池双极板流场结构及双极板 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种变周期的燃料电池双极板流场结构及双极板，变周期的燃料电池双极板流场结构包括：双极板本体，适于与外部膜电极的反应区相接，所述双极板本体的至少一侧面上形成有若干条沿同一方向延伸的流道；其中，所述双极板本体上具有若干分隔件，相邻两个所述分隔件之间形成所述流道，所述分隔件具有间隔设置的脊和槽，从一个所述脊到与其相邻的另一个所述脊为一个周期，靠近所述流道的进口端的所述周期到远离所述进口端的所述周期的长度大小呈变化趋势，从而通过周期不同的流道来适应流道的不同位置对于气体或燃料流速的不同需求，从而促进双极板上反应的高速进行，并保证流道各处的反应速率达到均衡状态。
Description
【技术领域】
本申请涉及一种变周期的燃料电池双极板流场结构及双极板，属于燃料电池技术领域。
【背景技术】
燃料电池的双极板一般采用两片薄板成型，完成后两块薄板通过激光焊接或胶粘结的方式成为一块双极板，双极板的两侧面一面流燃料气体、另一面流氧化剂，中间利用焊接或粘结形成的腔流冷却液。
双极板结构一般由岐口区、密封区、分配区、核心区、辅助区几个区域组成，其中核心区与膜电极的反应区相接处，是双极板结构的核心区，核心区的作用是将氧化剂、燃料、冷却剂均匀的输送的核心区的各个部位，并将反应生成的水和废热带走，为提高膜电极的反应效率，一般核心区存在有凹凸不平的流场结构，主要形式有直流场、S型流场、蛇形流场、变截面流场等。
但在现有技术中，目前应用的流道均为均匀周期流道，而双极板中气体入口处气体浓度较高，随着反应的进行，反应气体的浓度随着流道的延伸而逐渐降低，湿度逐渐增加，气体的流速也会变小，所以会出现膜电极在两端反应不均匀的现象，靠近入口处由于反应物浓度较高、电压会比较高，远离入口处则电压会比较低，而反应生成的水也容易囤积在远离入口处，如果不及时排出就会发生流道堵塞情况，严重影响膜电极乃至电堆的寿命。
因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。
【实用新型内容】
本申请的目的在于提供一种反应速率快速均衡的变周期的燃料电池双极板流场结构及双极板。
本申请的目的是通过以下技术方案实现：一种变周期的燃料电池双极板流场结构，包括：
双极板本体，适于与外部膜电极的反应区相接，所述双极板本体的至少一侧面上形成有若干条沿同一方向延伸的流道；
其中，所述双极板本体上具有若干分隔件，相邻两个所述分隔件之间形成所述流道，所述分隔件具有间隔设置的脊和槽，从一个所述脊到与其相邻的另一个所述脊为一个周期，靠近所述流道的进口端的所述周期到远离所述进口端的所述周期的长度大小呈变化趋势。
进一步地，所述流道为S型流道。
进一步地，所述流道的周期由靠近所述进口端至远离所述进口端的方向逐渐减小；或者所述流道周期由靠近所述进口端至远离所述进口端的方向逐渐增大。
进一步地，所述周期包括靠近所述进口端设置的第一周期、及与所述第一周期相接的第二周期，所述第一周期的长度大于所述第二周期的长度。
进一步地，所述双极板本体包括相对设置的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上的所述流道与所述第二侧面上的所述流道的所述周期不同。
进一步地，所述流道为直线型流道与S型流道混合相接形成的混合流道。
本申请还提供一种双极板，至少包括如上述任一项所述的变周期的燃料电池双极板流场结构。
进一步地，所述双极板为金属双极板、石墨双极板或复合双极板中的一种。
与现有技术相比，本申请具有如下有益效果：本申请通过设置有适于与外部膜电极的反应区相接的双极板本体，双极板本体的至少一侧面上形成有若干条沿同一方向延伸的流道，其中，双极板本体上具有若干分隔件，相邻两个分隔件之间形成上述流道，分隔件具有间隔设置的脊和槽，从一个脊到与其相邻的另一个脊为一个周期，流道靠近进口端的周期到远离进口端的周期的长度大小呈变化趋势，从而通过周期不同的流道来适应流道的不同位置对于气体或燃料流速的不同需求，从而促进双极板上反应的高速进行，并保证流道各处的反应速率达到均衡状态。
【附图说明】
图1是本申请实施例所示变周期的燃料电池双极板流场结构的结构示意图。
【具体实施方式】
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1所示，本申请实施例所示的变周期的燃料电池双极板流场结构，包括双极板本体1，双极板本体1适于与外部膜电极的反应区相接，双极板本体1的至少一个侧面上形成有若干条沿同一方向延伸的流道2，该流道2适于流燃料气体或流氧化剂，并将反应产生的水和废热传递走，进而保证燃料电池的正常运行。
其中，双极板本体1上具有若干分隔件3，相邻两个分隔件3之间形成上述流道2，且分隔件3具有间隔设置的脊31和槽32，从一个脊31到与其相邻的另一个脊31为一个周期，在本实施例中，靠近流道2的进口端4的周期到远离进口端4的周期的长度大小呈变化趋势，从而通过周期不同的流道2来适应流道2的不同位置对于气体或燃料流速的不同需求，从而促进双极板上反应的高速进行，并保证流道2各处的反应速率达到均衡状态。
具体的，当流道2中流氧化剂即氧气时，氧气在进口端4进入流道2，此时，由于空气中氧含量较高，膜电极处于较干燥的状态，为提高性能，需要对膜电极进行保湿，因此此处的流道2适宜采用大周期的流道2，让空气可以很快的流过该段，而尽可能少的带走反应生成的水，以对膜电极进行保湿作用。
而随着反应的进行，空气吸收了大量的水，流场中沿流道2流动的空气湿度逐渐增大，但氧含量逐渐降低，此时空气需要带走更多的反应生成的水，并提高氧的扩散率，从而促使反应的高效进行，因此此处应采用小周期的流道2，即流氧化剂的流道2的周期由靠近进口端4至远离进口端4的方向逐渐减小。
当流道2中流燃料气体即氢气时，氢气在进口端4进入流道2，随着反应的进行，沿氢气流动方向，氢气流量逐渐变小，湿度逐渐增大，因此在中后期的流道2处很容易形成脊下排水不畅，造成燃料电池水淹，进而严重恶化燃料电池性能，因此此处的流道2适宜采用小周期的流道2，进而防止流道2堵塞，即流燃料气体的流道2的周期也由靠近进口端4至远离进口端4的方向逐渐减小。在其他实施例中，也可根据实际情况选择流道2的周期变化趋势，如流道2的周期也可由靠近进口端4至远离进口端4的方向逐渐增大，只要能满足实际需求皆可，在此不做具体限定。
在本实施例中，周期包括靠近进口端4设置的第一周期5和与第一周期5相接的第二周期6，第一周期5的长度大于第二周期6的长度，从而实现上述流道2的周期变化而促进双极板上反应的高速进行，并保证流道2各处的反应速率达到均衡状态。
在其他实施例中，也可根据实际情况选择周期的设置个数，如周期还可包括与第一周期5和第二周期6不同的第三周期，只要能满足实际需求皆可，在此不做具体限定。
在本实施例中，双极板本体1包括相对设置的第一侧面和第二侧面，第一侧面适于流氧化剂或燃料气体中的一个，第二侧面适于流氧化剂或燃料气体中的另一个，第一侧面上的流道2与第二侧面上的流道2的周期不同，以分别适应氧化剂和燃料气体的流动特点。
在本实施例中，上述流道2为S型流道，在其他实施例中，也可根据实际情况选择相应的流道2，如由于直线流道也可视为周期无线长的S型流道，因此流道2也可以为直线型流道与S型流道混合相接形成的混合流道，只要能满足实际需求即可，在此不做具体限定。
本申请还提供一种双极板，至少包括如上述任一实施例所阐述的变周期的燃料电池双极板流场结构。其中，双极板可以为金属双极板、石墨双极板或复合双极板。
综上所述：本申请通过设置有适于与外部膜电极的反应区相接的双极板本体，双极板本体的至少一侧面上形成有若干条沿同一方向延伸的流道，其中，双极板本体上具有若干分隔件，相邻两个分隔件之间形成上述流道，分隔件具有间隔设置的脊和槽，从一个脊到与其相邻的另一个脊为一个周期，流道靠近进口端的周期到远离进口端的周期的长度大小呈变化趋势，从而通过周期不同的流道来适应流道的不同位置对于气体或燃料流速的不同需求，从而促进双极板上反应的高速进行，并保证流道各处的反应速率达到均衡状态。
上述仅为本申请的一个具体实施方式，其它基于本申请构思的前提下做出的任何改进都视为本申请的保护范围。
Claims (8)
1.一种变周期的燃料电池双极板流场结构，其特征在于，包括：
双极板本体，适于与外部膜电极的反应区相接，所述双极板本体的至少一侧面上形成有若干条沿同一方向延伸的流道；
其中，所述双极板本体上具有若干分隔件，相邻两个所述分隔件之间形成所述流道，所述分隔件具有间隔设置的脊和槽，从一个所述脊到与其相邻的另一个所述脊为一个周期，靠近所述流道的进口端的所述周期到远离所述进口端的所述周期的长度大小呈变化趋势。
2.如权利要求1所述的变周期的燃料电池双极板流场结构，其特征在于，所述流道为S型流道。
3.如权利要求1所述的变周期的燃料电池双极板流场结构，其特征在于，所述流道的周期由靠近所述进口端至远离所述进口端的方向逐渐减小；或者所述流道周期由靠近所述进口端至远离所述进口端的方向逐渐增大。
4.如权利要求3所述的变周期的燃料电池双极板流场结构，其特征在于，所述周期包括靠近所述进口端设置的第一周期、及与所述第一周期相接的第二周期，所述第一周期的长度大于所述第二周期的长度。
5.如权利要求1所述的变周期的燃料电池双极板流场结构，其特征在于，所述双极板本体包括相对设置的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上的所述流道与所述第二侧面上的所述流道的所述周期不同。
6.如权利要求1所述的变周期的燃料电池双极板流场结构，其特征在于，所述流道为直线型流道与S型流道混合相接形成的混合流道。
7.一种双极板，其特征在于，至少包括如权利要求1至6中任一项所述的变周期的燃料电池双极板流场结构。
8.如权利要求7所述的双极板，其特征在于，所述双极板为金属双极板、石墨双极板或复合双极板中的一种。
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