CN220400633U - 一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板 - Google Patents
一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN220400633U CN220400633U CN202323425645.3U CN202323425645U CN220400633U CN 220400633 U CN220400633 U CN 220400633U CN 202323425645 U CN202323425645 U CN 202323425645U CN 220400633 U CN220400633 U CN 220400633U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flow field
- tree
- gas
- field plate
- flow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000002912 waste gas Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，涉及燃料电池技术领域，包括：流场板，其表面设有进气口和出气口；呈树型结构的树形梯度流场，设置在流场板的中心区域，且设置在进气口与出气口之间；其中，所述树形流场分为多级，且树形流场内部的气体流道数量由进气口到出气口依次增加。本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，利用多级分岔提高反应气体的分布均匀性，获得均匀的电流密度分布，并且具有宽度梯度的树型流道增大反应气体流速和液态水流速，增强高电流密度下的气体传质性能以及缓解电池内部的“水淹”现象，进而提升质子交换膜燃料电池的综合性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃料电池技术领域，特别涉及一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板。
背景技术
为了完成向更安全、更清洁、更多样化的能源体系过渡，全球掀起了可再生能源体系浪潮。氢是目前备受关注的能源载体，凭借着低污染、易储运和高效率等一系列优点，成为新世纪能源之星。
燃料电池作为清洁高效的能源转化装置，是氢能利用方式中的重要组成，在可持续能源体系当中扮演重要角色。质子交换膜燃料电池的研究深入且广泛，技术更为成熟，相较其他燃料电池具有高功率密度和转换效率、快速启动、低温工作和长寿命等优点。
然而，质子交换膜燃料电池在高电流密度下的输出性能、耐久性和使用寿命十分依赖于电池内部的水气传输性能。流场板的优化设计可以有效缓解质子交换膜燃料电池在高电流密度下的传质性能差和“水淹”等问题，为此，我们提出一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板。
实用新型内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，用以改善燃料电池在高电流密度下的水气特性，进而提升燃料电池的输出性能、耐久性和使用寿命。
（二）技术方案
为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：
一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，包括：
流场板，其表面设有进气口和出气口；
呈树型结构的树形流场，设置在流场板的中心区域，且位于进气口与出气口之间；
其中，所述树形流场分为多级流道，且多级流道的气体流道数量由进气口到出气口逐级依次增加。
进一步的：所述树形流场中的气体流道宽度由进气口到出气口逐级减小。
进一步的：所述树形流场中的气体流道长度由进气口到出气口逐级增大。
进一步的：所述树形流场中的气体流道数量由进气口到出气口逐级倍增。
进一步的：所述树形流场中的气体流道为直线型或曲线型。
进一步的：所述流场板表面设有主进气流道和主出气流道，所述进气口与主进气流道连通，所述出气口与主出气流道连通；
反应气体通过进气口，再由主进气流道分配进入所述树形流场的气体流道中，气体流道中的反应气体由主出气流道汇集，再通过出气口。即所述树型流场主进气流道和主出气流道的始端和末端分别布置有流场总入口和总出口。所述树型流场的进气口和出气口分别连接主进气流道和主出气流道，使得反应气体能够更好地被分配进入树型流场区域。
进一步的：所述流场板的两侧分别设有进气螺栓孔和出气螺栓孔，且通过进气螺栓孔向进气口内部输入反应气体，再通过出气螺栓孔将出气口内部的反应气体排出。
进一步的：所述流场板的表面设有环形的密封槽，且所述树形流场位于密封槽围成的区域内。
进一步的：所述流场板的表面且靠近边缘位置设置有多个加紧螺栓孔，且多个所述加紧螺栓孔分布在密封槽的外侧。
（三）有益效果
由于采用了仿生型流场板应用树型结构的分形原理减少流场中的压力损失，利用多级分岔提高反应气体的分布均匀性，获得均匀的电流密度分布，并且具有宽度梯度的树型流道增大反应气体流速和液态水流速，增强高电流密度下的气体传质性能以及缓解电池内部的“水淹”现象，进而提升质子交换膜燃料电池的综合性能。
附图说明
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
图1为本实用新型实施例中流场板的结构图；
图2为本实用新型实施例中流场板的俯视图。
图例说明：1、流场板；2、流场中心区域；3、进气螺栓孔；4、出气螺栓孔；5、加紧螺栓孔；6、密封槽；7、进气口；8、出气口；9、主进气流道；10、主出气流道；11、树形流场Ⅰ级流道；12、树型流场Ⅱ级流道；13、树型流场Ⅲ级流道。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型提出一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，包括：流场板1，其表面设有进气口7和出气口8；呈树型结构的树形流场，设置在流场板1的中心区域，且位于进气口7与出气口8之间；其中，所述树形流场分为多级流道，且多级流道的气体流道数量由进气口7到出气口8逐级依次增加，呈树型结构的树形流场。
本实施例中，所述树形流场中的气体流道数量由进气口7到出气口8逐级倍增。参见图1和图2，本实施例所述质子交换膜燃料电池树型流场由进口到出口一共设置有三个级别流道，按照树型分形原理的设计理念，气体流道数量依次由树形流场Ⅰ级流道11的8增加到树型流场Ⅱ级流道12的16再增加到树型流场Ⅲ级流道13的32，能够使得反应气体在流场中的分布更加均匀。具体为，所述树型流场中上一级的气体流道分别对应下一级的两根气体流道，利用流道中的压力降，加大反应气体在流道中的流速。使得所述树型流场的压力分布差异更大，使得流道与气体扩散层中的压力梯度增大，加大反应气体的浓度梯度，加速反应气体向气体扩散层的扩散。
进一步的：所述树形流场中的气体流道宽度由进气口7到出气口8逐级减小。优选的，所述树型流场中的气体流道宽度逐级减小，可以继续增大压力梯度与浓度梯度，加强气体传质和扩散。
进一步的：所述树形流场中的气体流道长度由进气口7到出气口8逐级增大。优选的，所述树型流场中的气体流道长度逐级增大，使得流场中流速分布更大的区域占有更大的活性面积，优化反应气体在流场中的分布均匀性。
需要说明的是，本实用新型提出一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其中所述树形流场中的气体流道可以为直线型或曲线型。
进一步的：所述流场板1表面设有主进气流道9和主出气流道10，所述进气口7与主进气流道9连通，所述出气口8与主出气流道10连通；反应气体通过进气口7，再由主进气流道9分配进入所述树形流场的气体流道中，气体流道中的反应气体由主出气流道10汇集，再通过出气口8。即所述树型流场主进气流道9和主出气流道10的始端和末端分别布置有流场总入口和总出口。所述树型流场的进气口7和出气口8分别连接主进气流道9和主出气流道10，使得反应气体能够更好地被分配进入树型流场区域。
进一步的：所述流场板1的两侧分别设有进气螺栓孔3和出气螺栓孔4，且通过进气螺栓孔3向进气口7内部输入反应气体，再通过出气螺栓孔4将出气口8内部的反应气体排出。树型流场Ⅲ级流道13中的废气由主出气流道10汇集，再通过出气口8到达出气螺栓孔4排出流场。
进一步的：所述流场板1的表面设有密封槽6，密封槽6通过密封材料密封，且所述树形流场位于密封槽6围成的区域内。所述流场板1的表面且靠近边缘位置设置有多个加紧螺栓孔5，且多个所述加紧螺栓孔5分布在密封槽6的外侧。本实施例在流场板1垂直于流场方向的边缘位置设置有多个加紧螺栓孔5，为了保证反应气体的密封性，流场中心区域2和加紧螺栓孔5之间的中间区域设置有密封槽6。
本实用新型，反应气体在流场中心区域2中首先进入树形流场Ⅰ级流道11，再进入树型流场Ⅱ级流道12，再进入树型流场Ⅲ级流道13，从树形流场Ⅰ级流道11到树型流场Ⅱ级流道12再到树型流场Ⅲ级流道13，气体流道数量依次由8增加到16再增加到32，通道宽度也依次减小，而通道长度依次增大，凭借着树型结构的分形原理减少流场中的压力损失，利用多级分岔提高反应气体的分布均匀性，获得均匀的电流密度分布，而梯度设计的树型流场能够增强树型流场的水气传输性能。
综上所述，本申请实施例中的技术方案为解决现有技术中质子交换膜燃料电池在高电流密度下的输出性能、耐久性和使用寿命十分依赖于电池内部的水气传输性能的问题，流场中心区域2为树型流场，为反应气体流动的主要通道，反应气体通过进气螺栓孔3进入到达进气口7，由主进气流道9均匀分配进入流场中心区域2。本实用新型所述的一种质子交换膜燃料电池树型流场板，采用仿生型流场板应用树型结构的分形原理减少流场中的压力损失，利用多级分岔提高反应气体的分布均匀性，获得均匀的电流密度分布，并且具有宽度梯度的树型流道增大反应气体流速和液态水流速，增强高电流密度下的气体传质性能以及缓解电池内部的“水淹”现象，进而提升质子交换膜燃料电池的综合性能。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于，包括：流场板（1），其表面设有进气口（7）和出气口（8）；呈树型结构的树形流场，设置在流场板（1）的中心区域，且位于进气口（7）与出气口（8）之间；其中，所述树形流场分为多级流道，且多级流道的气体流道数量由进气口（7）到出气口（8）逐级依次增加。
2.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述树形流场中的气体流道宽度由进气口（7）到出气口（8）逐级减小。
3.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述树形流场中的气体流道长度由进气口（7）到出气口（8）逐级增大。
4.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述树形流场中的气体流道数量由进气口（7）到出气口（8）逐级倍增。
5.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述树形流场中的气体流道为直线型或曲线型。
6.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述流场板（1）表面设有主进气流道（9）和主出气流道（10），所述进气口（7）与主进气流道（9）连通，所述出气口（8）与主出气流道（10）连通；
反应气体通过进气口（7），再由主进气流道（9）分配进入所述树形流场的气体流道中，气体流道中的反应气体由主出气流道（10）汇集，再通过出气口（8）。
7.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述流场板（1）的两侧分别设有进气螺栓孔（3）和出气螺栓孔（4），且通过进气螺栓孔（3）向进气口（7）内部输入反应气体，再通过出气螺栓孔（4）将出气口（8）内部的反应气体排出。
8.如权利要求1所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述流场板（1）的表面还设有密封槽（6），且所述树形流场位于密封槽（6）围成的区域内。
9.如权利要求8所述的一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板，其特征在于：所述流场板（1）的表面还设置有多个加紧螺栓孔（5），且多个所述加紧螺栓孔（5）分布在密封槽（6）的外侧。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323425645.3U CN220400633U (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202323425645.3U CN220400633U (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN220400633U true CN220400633U (zh) | 2024-01-26 |
Family
ID=89599244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202323425645.3U Active CN220400633U (zh) | 2023-12-15 | 2023-12-15 | 一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN220400633U (zh) |
-
2023
- 2023-12-15 CN CN202323425645.3U patent/CN220400633U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112103531B (zh) | 一种基于对称蛇形结构流场的质子交换膜燃料电池双极板 | |
| CN100416902C (zh) | 质子交换膜燃料电池交指-平行组合流场 | |
| CN111509256A (zh) | 一种叉形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板的流场 | |
| CN107968211B (zh) | 一种用于质子交换膜燃料电池的流场板结构 | |
| CN113823810A (zh) | 一种带有特斯拉阀结构的质子交换膜燃料电池流道 | |
| CN114204066A (zh) | 一种渐缩式平行蛇形流道结构及质子交换膜燃料电池 | |
| CN215955330U (zh) | 一种质子交换膜燃料电池波浪型流场结构 | |
| CN114220985A (zh) | 一种可变进气式燃料电池流场及其控制方法 | |
| CN114512689A (zh) | 一种可变进气式燃料电池流场及其控制方法 | |
| CN211929621U (zh) | 叉形叶脉状交指型质子交换膜燃料电池双极板的流场 | |
| CN220400633U (zh) | 一种质子交换膜燃料电池树型梯度流场板 | |
| CN116826094A (zh) | 一种氢燃料电池用导流型多孔流道及双极板结构 | |
| CN116646551A (zh) | 一种用于质子交换膜燃料电池的双斜坡气体流道结构 | |
| CN114792821A (zh) | 一种燃料电池流场板 | |
| CN110165242B (zh) | 一种多层次流道宽度的pem电池流场板结构 | |
| CN116826096B (zh) | 一种干湿均衡的燃料电池双极板结构 | |
| CN220306290U (zh) | 一种直接甲醇燃料电池双入口环形流场板 | |
| CN220253279U (zh) | 一种羽型梯度流场板以及固体氧化物燃料电池 | |
| CN114361503B (zh) | 一种树状燃料电池流道结构 | |
| CN110289431A (zh) | 一种z字形的燃料电池流场板 | |
| CN220253278U (zh) | 一种莲藕型流场板以及固体氧化物燃料电池 | |
| CN113964337B (zh) | 流道对液态水含量自适应分流的燃料电池流场板 | |
| CN109830721B (zh) | 产物驱动物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法 | |
| CN109921074B (zh) | 低功耗物料分离传输直接甲醇燃料电池及其工作方法 | |
| CN219117580U (zh) | 具有树形仿生流道的电解水制氢双极板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |