RU2334310C2 - Bipolar plate of fuel element - Google Patents
Bipolar plate of fuel element Download PDFInfo
- Publication number
- RU2334310C2 RU2334310C2 RU2006124861/09A RU2006124861A RU2334310C2 RU 2334310 C2 RU2334310 C2 RU 2334310C2 RU 2006124861/09 A RU2006124861/09 A RU 2006124861/09A RU 2006124861 A RU2006124861 A RU 2006124861A RU 2334310 C2 RU2334310 C2 RU 2334310C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inlet
- bipolar plate
- buffer groove
- channels
- fuel
- Prior art date
Links
Images
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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к топливному элементу и, в частности, к биполярной пластине топливного элемента, способной сделать однородным распределение потоков и снизить сопротивление потоку топлива и воздуха, поступающих соответственно к топливному электроду (аноду) и воздушному электроду (катоду) топливного элемента.The present invention relates to a fuel cell and, in particular, to a bipolar plate of a fuel cell capable of uniformly distributing flows and reducing resistance to flow of fuel and air flowing respectively to a fuel electrode (anode) and an air electrode (cathode) of a fuel cell.
Уровень техникиState of the art
В общем, топливный элемент генерирует экологически безопасную энергию и был разработан для замены энергии традиционных полезных ископаемых. Как показано на фиг.1, топливный элемент обычно содержит стопку, в которую входит по меньшей мере один единичный элемент 11, в котором происходит электрохимическая реакция; трубку 20 подачи топлива, соединенную со стопкой 10 для подачи топлива; трубку 30 подачи воздуха, соединенную со стопкой 10 для подачи воздуха; и выпускные трубки 40, 50 для выпуска соответственно побочных продуктов претерпевших реакцию топлива и воздуха. Топливный элемент 11 содержит топливный электрод (анод) (не показан), к которому протекает топливо, и воздушный электрод (катод) (не показан), к которому протекает воздух.In general, a fuel cell generates environmentally friendly energy and has been designed to replace the energy of traditional minerals. As shown in FIG. 1, a fuel cell typically comprises a stack that includes at least one
Ниже будет описана работа такого топливного элемента.Below will be described the operation of such a fuel cell.
Сначала топливо и воздух подают к топливному электроду и воздушному электроду стопки 10 соответственно через трубку 20 подачи топлива и трубку 30 подачи воздуха. Топливо, поданное к топливному электроду, ионизируется на положительные ионы и электроны (е-) за счет электрохимической реакции окисления на топливном электроде, причем ионизированные положительные ионы перемещаются к воздушному электроду через слой электролита, а электроны перемещаются к топливному электроду. Положительные ионы, перемещенные к воздушному электроду, вступают в реакцию электрохимического восстановления с воздухом, поданным к воздушному электроду, и дают побочные продукты, такие как теплота реакции, вода и т.д. В этом процессе посредством перемещения электронов вырабатывается электроэнергия. Топливо, прошедшее реакцию на топливном электроде, воду и дополнительные побочные продукты, образовавшиеся на воздушном электроде, выпускают соответственно через выпускные линии 40, 50.First, fuel and air are supplied to the fuel electrode and the air electrode of the
Топливные элементы могут быть классифицированы по различным типам согласно типам использованных в нем электролита, топлива и т.д.Fuel cells can be classified into different types according to the types of electrolyte, fuel, etc. used in it.
Между тем, как показано на фиг.2, единичный элемент 11, образующий стопку 10, содержит две биполярные пластины 100, имеющие открытый канал 101, в котором протекает воздух или топливо, и мембранно-электродный узел 110 (МЭУ), расположенный между двумя этими биполярными пластинами 100, имеющими определенные толщину и площадь. Две биполярные пластины 100 и расположенный между ними МЭУ 110 объединены друг с другом посредством дополнительных соединительных средств 120, 121. Канал, образованный каналом 101 биполярной пластины 100 и одной стороной МЭУ 110, образует топливный электрод, и на нем происходит реакция окисления при протекании топлива через этот канал топливного электрода. А канал, образованный каналом 101 другой биполярной пластиной 100 и другой стороной МЭУ 110, образует воздушный электрод, и на нем происходит реакция восстановления при протекании воздуха через этот канал воздушного электрода.Meanwhile, as shown in FIG. 2, the
Форма биполярной пластины 100, в частности форма канала 101, влияет на контактное сопротивление, оказываемое при протекании топлива и воздуха, на распределение потоков и т.д., а контактное сопротивление и распределение потоков влияют на выход по мощности (кпд). При этом биполярные пластины 100 имеют определенную форму, облегчающую их обработку и массовое производство.The shape of the
Как показано на фиг.3, в первой обычной биполярной пластине на каждом краю пластины 130, имеющей определенную толщину и прямоугольную форму, сформированы соответственно сквозные отверстия 131, 132, 133, 134. Из четырех этих сквозных отверстий два диагонально расположенных сквозных отверстия 131, 133 представляют собой топливные тракты, а два других диагонально расположенных сквозных отверстия 132, 134 представляют собой воздушные тракты. На обеих сторонах пластины 130 соответственно сформирован шестиугольный канал 135, по которому протекает текучая среда, и по всей внутренней площади этого шестиугольного канала 135 горизонтально сформированы многочисленные прямые каналы 136. При этом шестиугольный канал 135, сформированный на одной стороне пластины 130, и многочисленные прямые соединительные каналы 136 соединены с двумя диагонально расположенными сквозными отверстиями 131, 133 посредством многочисленных прямых соединительных каналов 137, а шестиугольный канал 135, сформированный на другой стороне пластины 130, и многочисленные прямые соединительные каналы 136 соединены с двумя диагонально расположенными сквозными отверстиями 132, 134 посредством многочисленных прямых соединительных каналов 137. Таким образом, в пластине 130 топливо течет на одной стороне, а воздух течет на другой стороне.As shown in FIG. 3, in the first conventional bipolar plate on each edge of the
Фиг.3 является видом сверху, иллюстрирующим одну сторону обычной биполярной пластины.FIG. 3 is a plan view illustrating one side of a conventional bipolar plate.
Далее будет описана работа обычной биполярной пластины. Топливо или воздух втекают в сквозные отверстия 131, 132, причем топливо или воздух втекает в шестиугольный канал 135 и многочисленные прямые каналы 136 через соединительные каналы 137 и поступает в соединительные каналы на другой стороне. Топливо или воздух, поступающие в соединительные каналы 137, выпускаются через сквозные отверстия 133, 134 на другой стороне.Next, operation of a conventional bipolar plate will be described. Fuel or air flows into the through
Между тем, в другой конструкции второй обычной биполярной пластины, как показано на фиг.4, сквозные отверстия 141, 142, 143, 144 сформированы соответственно на краях пластины 140, имеющей определенную толщину и прямоугольную форму. При этом на одной стороне пластины 140 сформированы многочисленные изогнутые каналы 145 таким образом, чтобы соединить два диагонально расположенных сквозных отверстия 141, 143, а на другой стороне пластины 140 сформированы многочисленные изогнутые каналы 145 таким образом, чтобы соединить два диагонально расположенных сквозных отверстия 142, 144.Meanwhile, in another construction of the second conventional bipolar plate, as shown in FIG. 4, through
Далее будет описана работа второй биполярной пластины. Топливо и воздух соответственно втекают в сквозные отверстия 141, 142, причем топливо (или воздух), соответственно втекающее(ий) в сквозные отверстия 141, 142, проходит через многочисленные каналы 145 и выпускается через другие сквозные отверстия 143, 144.Next, the operation of the second bipolar plate will be described. Fuel and air, respectively, flow into the through
Однако в случае первой обычной биполярной пластины из-за того, что число соединительных каналов 137 для соединения сквозных отверстий 131, 132, 133, 134, шестиугольного канала 135 и прямых каналов 136 является очень небольшим по сравнению с числом прямых каналов 136, сформированных в шестиугольном канале, распределение потоков текучей среды, втекающей в сквозные отверстия 131, 132, является неудовлетворительным, и является нецелесообразным использовать обычную биполярную пластину при протекании большого количества текучей среды. Между тем, в случае второй обычной биполярной пластины из-за того, что каналы 145 для топлива и воздуха сформированы имеющими изогнутую форму, возрастает сопротивление потоку при протекании топлива и воздуха, и соответственно возрастают потери давления на протекание текучей среды.However, in the case of the first conventional bipolar plate, because the number of connecting
Техническая сущность настоящего изобретенияThe technical essence of the present invention
С целью решения вышеупомянутых проблем задачей настоящего изобретения является разработка биполярной пластины топливного элемента, способной сделать однородным распределение потоков и снизить сопротивление потоку топлива и воздуха, соответственно поступающих к топливному электроду и воздушному электроду.In order to solve the aforementioned problems, an object of the present invention is to provide a bipolar plate of a fuel cell capable of uniformly distributing flows and reducing resistance to flow of fuel and air, respectively, supplied to the fuel electrode and the air electrode.
Для достижения вышеупомянутой цели биполярная пластина топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением содержит пластину, имеющую определенные площадь и толщину; впускную и выпускную буферные канавки, сформированные соответственно на обеих сторонах пластины имеющими определенные площадь и глубину; многочисленные каналы для соединения впускной буферной канавки и выпускной буферной канавки; впускной тракт, сформированный на пластине соединенным со впускной буферной канавкой; и выпускной тракт, сформированный на пластине соединенным с выпускной буферной канавкой.To achieve the aforementioned object, a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention comprises a plate having a certain area and thickness; inlet and outlet buffer grooves formed respectively on both sides of the plate having a certain area and depth; numerous channels for connecting the inlet buffer groove and the outlet buffer groove; an inlet tract formed on a plate connected to the inlet buffer groove; and an exhaust path formed on the plate connected to the exhaust buffer groove.
Кроме того, биполярная пластина топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением содержит пластину, имеющую определенные площадь и толщину; впускную и выпускную буферные канавки, сформированные соответственно на обеих сторонах пластины имеющими определенную площадь и глубину; многочисленные каналы для соединения впускной буферной канавки и выпускной буферной канавки; многочисленные буферные выступы, сформированные во впускной и выпускной буферных канавках имеющими определенную высоту; впускной тракт, сформированный на пластине соединенным со впускной буферной канавкой; и выпускной тракт, сформированный на пластине соединенным с выпускной буферной канавкой.In addition, the bipolar plate of the fuel cell in accordance with the present invention contains a plate having a certain area and thickness; the inlet and outlet buffer grooves formed respectively on both sides of the plate having a certain area and depth; numerous channels for connecting the inlet buffer groove and the outlet buffer groove; numerous buffer protrusions formed in the inlet and outlet buffer grooves having a certain height; an inlet tract formed on a plate connected to the inlet buffer groove; and an exhaust path formed on the plate connected to the exhaust buffer groove.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сопроводительные чертежи, которые включены для того, чтобы дополнительно пояснить изобретение, входят в состав и образуют часть данного описания и иллюстрируют варианты воплощения изобретения, а вместе с этим описанием служат для пояснения принципов изобретения.The accompanying drawings, which are included in order to further illustrate the invention, are included in and form part of this description and illustrate embodiments of the invention, and together with this description serve to explain the principles of the invention.
На этих чертежах:In these drawings:
фиг.1 показывает обычную систему топливного элемента;Figure 1 shows a conventional fuel cell system;
фиг.2 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей, показывающий стопку обычного топливного элемента;FIG. 2 is an exploded perspective view showing a stack of a conventional fuel cell; FIG.
фиг.3 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий один пример биполярной пластины обычного топливного элемента;3 is a plan view illustrating one example of a bipolar plate of a conventional fuel cell;
фиг.4 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий другой пример биполярной пластины обычного топливного элемента;4 is a plan view illustrating another example of a bipolar plate of a conventional fuel cell;
фиг.5 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий первый вариант воплощения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением;5 is a plan view illustrating a first embodiment of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention;
фиг.6 представляет собой вид в сечении по линии А-В на фиг.5;Fig.6 is a view in section along the line AB in Fig.5;
фиг.7 и 8 представляют собой виды сверху, иллюстрирующие соответственно каналы биполярной пластины топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;7 and 8 are plan views illustrating respectively channels of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a first embodiment of the present invention;
фиг.9 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий средство распределения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения;Fig.9 is a top view illustrating means for distributing a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a first embodiment of the present invention;
фиг.10 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий второй вариант воплощения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением;10 is a plan view illustrating a second embodiment of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention;
фиг.11 представляет собой вид в сечении по линии С-D на фиг.10;11 is a view in section along the line C-D in figure 10;
фиг.12 и 13 представляют собой виды сверху, иллюстрирующие соответственно модификации буферных выступов биполярной пластины топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;12 and 13 are plan views illustrating, respectively, modifications to the buffer protrusions of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a second embodiment of the present invention;
фиг.14 и 15 представляют собой виды сверху, иллюстрирующие соответственно другие примеры каналов биполярной пластины топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;FIGS. 14 and 15 are plan views illustrating, respectively, other examples of channels of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a second embodiment of the present invention;
фиг.16 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий средство распределения биполярной пластины топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;FIG. 16 is a plan view illustrating distribution means of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a second embodiment of the present invention; FIG.
фиг.17 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей, показывающий стопку с биполярной пластиной топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения;FIG. 17 is an exploded perspective view showing a stack with a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a second embodiment of the present invention; FIG.
фиг.18 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий рабочее состояние биполярной пластины топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения; иFig. 18 is a plan view illustrating an operating state of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a first embodiment of the present invention; and
фиг.19 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий рабочее состояние биполярной пластины топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения.FIG. 19 is a plan view illustrating an operating state of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a second embodiment of the present invention.
Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Ниже будут описаны предпочтительные варианты воплощения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением со ссылкой на сопроводительные чертежи.Preferred embodiments of the bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Сначала будет описан первый вариант воплощения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением.First, a first embodiment of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention will be described.
Фиг.5 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий первый вариант воплощения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением, а фиг. 6 - вид в сечении по линии А-В на фиг.5.FIG. 5 is a plan view illustrating a first embodiment of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention, and FIG. 6 is a sectional view taken along line AB in FIG. 5.
Как показано на фиг.5 и 6, биполярная пластина топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением содержит пластину 150, имеющую определенные площадь и толщину; впускную и выпускную буферные канавки 151, 152, соответственно сформированные на обеих сторонах пластины 150, имеющие определенные площадь и глубину; многочисленные каналы 153 для соединения впускной буферной канавки 151 и выпускной буферной канавки 152; впускной тракт 154, сформированный на пластине 150, соединенной со впускной буферной канавкой; и выпускной тракт 155, сформированный на пластине 150, соединенный с выпускной буферной канавкой 152.As shown in FIGS. 5 and 6, a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention comprises a
Пластина 150 выполнена имеющей прямоугольную форму и имеет единообразную толщину. Впускная буферная канавка 151 выполнена имеющей прямоугольную форму и имеет определенные ширину и длину, а также имеет единообразную глубину. Ширина и длина выпускной буферной канавки 152 являются такими же самыми, как ширина и длина впускной буферной канавки 151, и при этом выпускная буферная канавка 152 имеет единообразную глубину. Впускная буферная канавка 151 и выпускная буферная канавка 152 расположены на одной и той же линии и имеют одинаковую глубину.
Впускная буферная канавка 151 и выпускная буферная канавка 152 могут иметь другие формы, помимо прямоугольной формы, и могут иметь различную глубину.The
Между впускной буферной канавкой 151 и выпускной буферной канавкой 152 для их соединения сформированы многочисленные каналы 153. Каналы 153 являются прямыми и имеют единообразную ширину. Кроме того, каналы 153 имеют ту же самую глубину, что и глубина впускной буферной канавки 151 и выпускной буферной канавки 152.
Между тем, как показано на фиг.7, в другом примере каналов 153 ширина канала постепенно увеличивается начиная с канала 153, расположенного в середине, к каналу 153, расположенному с краю. Более конкретно, для того чтобы равномерно распределить текучую среду во впускной буферной канавке 151 по каналам 153, ширина среднего канала является меньшей, ширина крайнего канала является большей, и ширина каждого канала увеличивается линейно.Meanwhile, as shown in FIG. 7, in another example of the
Как показано на фиг.8, в еще одном примере каналов 153 эти каналы 153 имеют одинаковую ширину, а на впускной стороне каждого канала 153 сформирован буферный участок 156 с тем, чтобы уменьшить ширину впуска. Буферный участок 156 представляет собой выступ, простирающийся выступающим из обеих стенок, образующих канал 153. Буферный участок 156 предназначен для равномерного распределения текучей среды, втекающей во впускную буферную канавку 151, по каналам 153.As shown in FIG. 8, in another example of the
Длина впускной буферной канавки 151 и выпускной буферной канавки 152 составляет не менее 1/5 от длины канала 153.The length of the
Впускной тракт 154 сформирован на боковой стороне пластины 150 расположенным по линии длины каналов 153. Впускной тракт 154 выполнен в виде по меньшей мере одного сквозного отверстия.The
Выпускной тракт 155 сформирован на боковой стороне пластины 150 расположенным по линии длины каналов 153 и на противоположной стороне от впускного тракта 154. Выпускной тракт 155 выполнен в виде по меньшей мере одного сквозного отверстия.The
Кроме того, как показано на фиг.9, во впускном тракте 154 может быть установлено средство распределения (R) для создания сопротивления потоку текучей среды, протекающей во впускном тракте 154.In addition, as shown in FIG. 9, distribution means (R) may be installed in the
Средство распределения (R) сформировано имеющим форму с площадью, соответствующей сечению впускного тракта 154, и определенную толщину и выполнено из пористого материала. Средство распределения (R) делает однородным распределение текучей среды, поступающей в каждый единичный элемент (ячейку), посредством создания сопротивления потоку текучей среды, поступающей во впускной тракт 154.The distribution means (R) is formed to have a shape with an area corresponding to the cross section of the
Когда биполярная пластина топливного элемента в соответствии с первым вариантом воплощения настоящего изобретения образует единичный элемент или расположена на обеих сторонах стопки, впускная буферная канавка 151, выпускная буферная канавка 152 и многочисленные каналы 153 и т.д. сформированы только на одной стороне пластины 150.When the bipolar plate of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention forms a single element or is located on both sides of the stack, the
Затем будет описана биполярная пластина топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения.Next, a bipolar plate of a fuel cell in accordance with a second embodiment of the present invention will be described.
Фиг.10 представляет собой вид сверху, иллюстрирующий второй вариант воплощения биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением, а фиг. 11 - сечение по линии C-D на фиг.10.FIG. 10 is a plan view illustrating a second embodiment of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention, and FIG. 11 is a section along the line C-D in figure 10.
Как показано на фиг.10 и 11, биполярная пластина топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения содержит пластину 160, имеющую определенные площадь и толщину; впускную и выпускную буферные канавки 161, 162, сформированные соответственно на обеих сторонах пластины 160 имеющими определенные площадь и глубину; многочисленные каналы 163 для соединения впускной буферной канавки 161 и выпускной буферной канавки 162; многочисленные буферные выступы 164, сформированные во впускной и выпускной буферных канавках 161, 162 имеющими определенную высоту; впускной тракт 165, сформированный на пластине 160 соединенным со впускной буферной канавкой 161; и выпускной тракт 166, сформированный на пластине 160 соединенным с выпускной буферной канавкой 162.As shown in FIGS. 10 and 11, the bipolar plate of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention comprises a
Пластина 160 сформирована имеющей прямоугольную форму и имеет единообразную толщину. Впускная буферная канавка 161 сформирована имеющей прямоугольную форму, определенную ширину и длину и имеет единообразную глубину. Ширина и длина выпускной буферной канавки 162 являются такими же самыми, как ширина и длина впускной буферной канавки 161, и при этом выпускная буферная канавка 152 имеет единообразную глубину. Впускная буферная канавка 161 и выпускная буферная канавка 162 расположены на одной и той же линии и имеют одинаковую глубину.The
Между впускной буферной канавкой 161 и выпускной буферной канавкой 162 для их соединения сформированы многочисленные каналы 163. Каналы 163 являются прямыми и имеют ту же самую глубину, что и глубина впускной и выпускной буферных канавок 161, 162. Длина впускной и выпускной буферных канавок 161, 162 составляет не менее 1/5 от длины канала 163.
Буферные выступы 164 сформированы линейно между каналами 163.
Как показано на фиг.12, буферные выступы 164, имеющие модифицированную форму, расположены в каналах 163 линейно.As shown in FIG. 12,
Буферные выступы 164 имеют одинаковую высоту. Высота буферного выступа равна глубине впускной буферной канавки 161 или выпускной буферной канавки 162.
Сечение буферного выступа 164 является прямоугольным. Сечение буферного выступа 164 может иметь другие формы, помимо прямоугольной формы.The cross section of the
Как показано на фиг.13, буферные выступы 164 в модифицированном виде расположены неправильным образом.As shown in FIG. 13, the
Впускная и выпускная буферные канавки 161, 162 могут иметь другие формы, помимо прямоугольной формы, и могут иметь различную глубину.The inlet and
Между тем, как показано на фиг.14, в другом примере каналов 163 ширина канала постепенно возрастает, начиная с канала 163, расположенного в середине, к каналу 163, расположенному с краю. Более конкретно, для равномерного распределения текучей среды во впускной буферной канавке по каналам 163, ширина среднего канала является меньшей, ширина крайнего канала является большей, и ширина каждого канала линейно возрастает.Meanwhile, as shown in FIG. 14, in another example of the
Как показано на фиг.15, в еще одном примере каналов 163 они имеют одинаковую ширину, а на впускной стороне каждого канала 163 сформирован буферный участок 167 с тем, чтобы уменьшить ширину впуска. Буферный участок 167 является выступом, выступающим из обеих стенок, образующих канал 163. Буферный участок 167 предназначен для равномерного распределения текучей среды, поступающей во впускную буферную канавку 161, по каналам 163.As shown in FIG. 15, in another example of the
Впускной тракт 165 сформирован на боковой стороне пластины 160 расположенным по линии длины каналов 163. Впускной тракт 165 выполнен в виде по меньшей мере одного сквозного отверстия.The
Выпускной тракт 166 сформирован на боковой стороне пластины 160 расположенным по линии длины каналов 163 и на противоположной стороне от впускного тракта 165. Выпускной тракт 166 выполнен в виде по меньшей мере одного сквозного отверстия.The
При этом, как показано на фиг.16, во впускном тракте 165 может быть установлено средство распределения (R) для создания сопротивления потоку текучей среды, поступающей во впускной тракт 165.Moreover, as shown in FIG. 16, distribution means (R) can be installed in the
Средство распределения (R) сформировано имеющим форму с площадью, соответствующей сечению впускного тракта 165, и определенную толщину и выполнено из пористого материала. Средство распределения (R) делает однородным распределение текучей среды, поступающей в каждый единичный элемент, посредством создания сопротивления потоку текучей среды, поступающей во впускной тракт 165.The distribution means (R) is formed into a shape with an area corresponding to the cross section of the
Когда биполярная пластина топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения образует единичный элемент или расположена на обеих сторонах стопки, впускная буферная канавка 161, выпускная буферная канавка 162, буферные выступы 164, многочисленные каналы 163 и т.д. сформированы только на одной стороне пластины 160.When the bipolar plate of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention forms a single element or is located on both sides of the stack, the
Ниже будут описаны эксплуатационные преимущества биполярной пластины топливного элемента согласно настоящему изобретению.The operational advantages of the bipolar plate of a fuel cell according to the present invention will be described below.
Во-первых, в случае биполярной пластины топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением, эти биполярные пластины образуют стопку топливного элемента. Более конкретно, как показано на фиг.17, мембранно-электродный узел (МЭУ) (М) установлен между биполярными пластинами (ВР) и они объединены друг с другом посредством соединительных средств (не показаны), и соответственно образована стопка топливного элемента. При этом топливный канал, в котором протекает топливо, образован впускной буферной канавкой 151, каналами 153, выпускной буферной канавкой 152 и т.д., сформированными на одной стороне первой биполярной пластины (ВР) и одной стороне МЭУ (М). Кроме того, воздушный канал, в котором протекает воздух, образован впускной буферной канавкой 151, сформированной на другой стороне МЭУ (М), и впускной буферной канавкой 151, каналами 153, выпускной буферной канавкой 152 и т.д., сформированными на одной стороне другой биполярной пластины (ВР), обращенной к первой биполярной пластине (ВР).First, in the case of a bipolar plate of a fuel cell in accordance with the present invention, these bipolar plates form a stack of fuel cell. More specifically, as shown in FIG. 17, a membrane electrode assembly (MEA) (M) is mounted between the bipolar plates (BP) and they are connected to each other by connecting means (not shown), and a stack of fuel cell is accordingly formed. In this case, the fuel channel in which the fuel flows is formed by the
При такой конструкции, когда топливо поступает во впускной тракт 154 биполярной пластины (ВР), как показано на фиг.18, поток во впускном тракте 154 втекает во впускную буферную канавку 151. И при этом топливо во впускной буферной канавке 151 распространяется по всей впускной буферной канавке 151 и втекает в каналы 153. Топливо в каналах 153 протекает в выпускную буферную канавку 152 и выпускается наружу через выпускной тракт 155. В этом процессе из-за того, что топливо из впускного тракта 154 поступает в каналы 153 после прохождения впускной буферной канавки 151, поток равномерно распределяется ко всем каналам 153 и поэтому протекание может быть плавным. Кроме того, топливо, протекающее через каналы 153, собирается в выпускной буферной канавке 152 и выпускается наружу через выпускной тракт 155 и поэтому протекание топлива может быть плавным.With this design, when the fuel enters the
Кроме того, воздух протекает, претерпевая такой же вышеупомянутый процесс.In addition, air flows, undergoing the same process mentioned above.
В биполярной пластине топливного элемента в соответствии со вторым вариантом воплощения настоящего изобретения, как показано на фиг.19, топливо поступает во впускную буферную канавку 161 через впускной тракт 165. Топливо во впускной буферной канавке 161 распространяется, в общем, посредством впускной буферной канавки 161 и буферных выступов 164, расположенных во впускной буферной канавке 161, и распределяется равномерно к каналам 163. Топливо, протекающее через каналы 163, собирается в выпускной буферной канавке 162 и выпускается наружу через выпускной тракт 166. При такой конструкции посредством буферных выступов 164 топливо более равномерно распределяется по каналам 163, при этом расширяется поддерживаемая МЭУ (М) область контакта между биполярными пластинами (ВР), и, следовательно, может быть соответственно сведена к минимуму деформация МЭУ (М).In the bipolar plate of the fuel cell according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 19, the fuel enters the
Между прочим, в случае биполярной пластины топливного элемента согласно настоящему изобретению, за счет формирования каналов 153, 163 линейными может быть облегчено их изготовление, а способы изготовления могут быть более разнообразными.Incidentally, in the case of the bipolar plate of the fuel cell according to the present invention, through the formation of the
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Как было описано выше, в биполярной пластине топливного элемента в соответствии с настоящим изобретением посредством равномерного распределения потоков топлива и воздуха, соответственно протекающих на топливном электроде и воздушном электроде, увеличена полезная площадь реакции окисления и реакции восстановления, в результате чего может быть улучшена отдача по мощности (кпд). Посредством снижения сопротивления потоку топлива и воздуха может быть снижена мощность перекачивания для подачи топлива и воздуха, а эффективность топливного элемента при этом может быть улучшена. Кроме того, посредством облегчения изготовления и обеспечения разнообразия способов изготовления могут быть снижены производственные расходы.As described above, in the bipolar plate of the fuel cell in accordance with the present invention, by uniformly distributing the fuel and air flows respectively flowing on the fuel electrode and the air electrode, the useful area of the oxidation reaction and the reduction reaction is increased, as a result of which the power efficiency can be improved (efficiency). By reducing the resistance to the flow of fuel and air, the pumping power for supplying fuel and air can be reduced, and the efficiency of the fuel cell can be improved. In addition, by facilitating manufacturing and providing a variety of manufacturing methods, manufacturing costs can be reduced.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124861/09A RU2334310C2 (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Bipolar plate of fuel element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006124861/09A RU2334310C2 (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Bipolar plate of fuel element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006124861A RU2006124861A (en) | 2008-01-20 |
| RU2334310C2 true RU2334310C2 (en) | 2008-09-20 |
Family
ID=39108352
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006124861/09A RU2334310C2 (en) | 2003-12-12 | 2003-12-12 | Bipolar plate of fuel element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2334310C2 (en) |
-
2003
- 2003-12-12 RU RU2006124861/09A patent/RU2334310C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006124861A (en) | 2008-01-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20050255364A1 (en) | Bipolar plate of fuel cell | |
| US7687165B2 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of operating cell assembly | |
| KR100549683B1 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell | |
| KR101693993B1 (en) | Bipolar plate for fuel cell | |
| JP5380532B2 (en) | Bipolar plate for fuel cell structure, especially for placement between two adjacent membrane electrode structures | |
| KR100798451B1 (en) | Fuel cell separator and fuel cell stack and reactant gas control method thereof | |
| US8062807B2 (en) | Fuel cell | |
| CN112786913B (en) | Bipolar plate and fuel cell comprising same | |
| JP3459300B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
| JP5302263B2 (en) | Fuel cell | |
| JP2005524937A5 (en) | ||
| JP2002358986A (en) | Fuel cell | |
| JP2005142155A (en) | Fuel cell structure | |
| KR20090072536A (en) | Bipolar plate and fuel cell stack including the same | |
| CN115513486B (en) | Monopolar plate, bipolar plate, electric pile and fuel cell | |
| CN210296506U (en) | Z-shaped fuel cell flow field plate | |
| KR101040107B1 (en) | A separating plate of solid oxide fuel cell stack | |
| KR101315622B1 (en) | Fuelcell stack using branched channel | |
| KR100741790B1 (en) | Bipolar plate of fuel cell | |
| RU2334310C2 (en) | Bipolar plate of fuel element | |
| CN115472857A (en) | High-power hydrogen fuel cell metal bipolar plate | |
| KR101724793B1 (en) | Bipolar plate for fuel cell | |
| KR101162667B1 (en) | Seperator for fuel cell | |
| US20040151974A1 (en) | PEM fuel cell with flow-field having a branched midsection | |
| KR100556813B1 (en) | Bipolar plate of fuel cell |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091213 |